Clearpath Husky 是礦山安全傳感有效載荷的理想 AMR 基地。|圖片來源：Clearpath

挑戰(zhàn)

眾所周知，全球采礦業(yè)在現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，各種高科技產(chǎn)業(yè)都依賴于貴金屬。畢竟，煤炭仍然是全球主要的能源資源之一。事實(shí)上，根據(jù)2021 年全球礦業(yè)市場(chǎng)報(bào)告，“全球礦業(yè)市場(chǎng)預(yù)計(jì)將從 2020 年的 16416.7 億美元增長(zhǎng)到 2021 年的 18455.5 億美元”！如此大的產(chǎn)量自然會(huì)帶來對(duì)體力勞動(dòng)的巨大需求。然而，其中許多工作是危險(xiǎn)的、困難的和骯臟的。地下礦井是危險(xiǎn)的工作環(huán)境，會(huì)使人的生命處于危險(xiǎn)之中，而操作員必須接受培訓(xùn)，并且通常需要很長(zhǎng)時(shí)間才能到達(dá)必須掃描的位置。多年來，研究人員和機(jī)器人專家一直在努力開發(fā)自主系統(tǒng)，以減輕許多關(guān)于在礦山工作的擔(dān)憂。然而，在直接安全、實(shí)用性和生產(chǎn)力之外的考慮往往被忽視。

解決方案

為了解決采礦業(yè)中的許多這些缺陷并為該領(lǐng)域的機(jī)器人開發(fā)更美好的未來，由DMT GmbH & Co. KG（德國(guó)工業(yè)咨詢公司）領(lǐng)導(dǎo)的一系列合作伙伴創(chuàng)建了一個(gè)名為歐洲理工學(xué)院 (EIT) 的研究項(xiàng)目UNDROMEDA– 用于監(jiān)測(cè)、評(píng)估和檢測(cè)應(yīng)用的地下機(jī)器人系統(tǒng)。目標(biāo)是努力打造一個(gè)無形、零影響、智能、安全和完全自主的礦山，以應(yīng)對(duì)未來與社會(huì)和環(huán)境接受度以及經(jīng)濟(jì)效率有關(guān)的采礦挑戰(zhàn)。

具體來說，該項(xiàng)目正在使用Husky UGV（Clearpath公司生產(chǎn)的地面無人車）,通過替代人工測(cè)量來顯著降低地下人員的風(fēng)險(xiǎn)。自動(dòng)化將減少制圖和監(jiān)控的時(shí)間和成本，而先進(jìn)的傳感器及其集成將提高信息密度和質(zhì)量。

該團(tuán)隊(duì)的Husky UGV,名為 Alex（以弗萊貝格大學(xué)著名校友 Alexander von Humboldt 命名）被用作其傳感器和處理單元的移動(dòng)基地，能夠生成詳細(xì)的環(huán)境 3D 地圖，但也可用于檢查和緊急情況。具體來說，Alex 攜帶的平臺(tái)包含多個(gè)傳感器，用于在平臺(tái)中的附加處理單元上執(zhí)行同步定位和映射 (SLAM)。它生成一個(gè)在線地圖，可用于使用機(jī)器人操作系統(tǒng) (ROS) 進(jìn)行定向和首次評(píng)估。在后處理中，該地圖可以被細(xì)化以評(píng)估例如斜坡的變形。為了實(shí)現(xiàn)這些流程，Husky UGV 配備了以下組件：

●額外的 30Ah 電池為平臺(tái)的傳感器和處理單元供電

●一個(gè)強(qiáng)大的、定制的、堅(jiān)固的處理單元，具有多個(gè)以太網(wǎng)和 USB 端口，用于連接所有傳感器并運(yùn)行 SLAM

●6個(gè)15W LED，可單獨(dú)控制照明（前后各2個(gè)，每側(cè)1個(gè)）

●4 個(gè)英特爾實(shí)感 T265 跟蹤攝像頭，運(yùn)行視覺 SLAM 以支持定位精度和冗余（一個(gè)面向每個(gè)方向）

●3 個(gè)Velodyne VLP-16 (Puck)LiDAR 掃描儀陣列用于詳細(xì)映射，這樣可以看到機(jī)器人前面的地板以及上面的天花板

●具有高達(dá) 30 倍變焦的 AXIS Q8742-E 雙光譜 PTZ（Pan-Tilt-Zoom）攝像機(jī)和用于檢查和應(yīng)急響應(yīng)的熱像儀

●一種 indurad iSDR-C 雷達(dá)傳感器，其操作類似于 2D 激光雷達(dá)掃描儀，并在機(jī)器人周圍產(chǎn)生水平測(cè)量，以用于不像激光雷達(dá)掃描那樣易受灰塵和煙霧影響的 SLAM

●一種超寬帶 (UWB) 標(biāo)簽，可在與放置在礦井中的 UWB 錨進(jìn)行通信時(shí)實(shí)現(xiàn)全球參考定位，這是地下環(huán)境中 GPS 的替代方案

試運(yùn)行在線點(diǎn)云。|圖片來源：Clearpath Robotics

結(jié)果

這樣一個(gè)雄心勃勃的項(xiàng)目面臨的挑戰(zhàn)之一是 UNDROMEDA 中的機(jī)器人必須在地下礦井中執(zhí)行任務(wù)，它必須應(yīng)對(duì)惡劣的環(huán)境條件，即濺水、高濕度、污垢、灰塵和其他環(huán)境危害機(jī)器人必須能夠承受。因此，為此類任務(wù)選擇機(jī)器人的第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是符合 IEC 60529 標(biāo)準(zhǔn)的合適 IP 分類。此外，該團(tuán)隊(duì)需要一個(gè)能夠攜帶和評(píng)估多個(gè)傳感器的平臺(tái)，為定位和映射提供必要的冗余。

這就是 UNDROMEDA 團(tuán)隊(duì)選擇赫Husky UGV 的原因，因?yàn)樗且粋€(gè)多功能平臺(tái)，可以開箱即用，并且可以穿越困難的地形。它的有效載荷和電池容量能夠安裝大量傳感器，同時(shí)仍提供足夠的運(yùn)行時(shí)間。如果沒有Husky UGV ，該團(tuán)隊(duì)將不得不使用由人工操作員控制的手持式或地面激光掃描儀進(jìn)行乏味的斜坡測(cè)繪。

最終，正如 DMT 的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員 Marco Steinbrink 所說，他們選擇了Husky UGV “這是一個(gè)堅(jiān)固、防塵和防水的平臺(tái)，可以開箱即用，并附帶詳細(xì)的文檔和 ROS 支持。它在 ROS 中發(fā)布其狀態(tài)，我們可以使用它在我們的用戶界面中顯示，并且還具有 ROS 導(dǎo)航堆棧的可用配置，否則需要大量工作來配置。”

然后，在Husky UGV 的幫助下，該團(tuán)隊(duì)能夠在使用遠(yuǎn)程控制進(jìn)行的訓(xùn)練礦井中完成第一次試運(yùn)行。這項(xiàng)測(cè)試是非常重要的反饋，因?yàn)樗麄兞私獾降V井內(nèi)的火車軌道阻止了自主測(cè)繪，因?yàn)樗鼈兊母叨扰c亞歷克斯下方的空地相匹配，這使得必須以特定角度穿過軌道。此外，他們必須考慮減少有效載荷，因?yàn)樵竭^障礙物可能會(huì)因過壓而導(dǎo)致電池?fù)p壞。該團(tuán)隊(duì)很高興能繼續(xù)迭代他們的項(xiàng)目，并希望在未來使用該機(jī)器人在地下礦山和類似危險(xiǎn)環(huán)境中進(jìn)行商業(yè)掃描。

加拿大Clearpath Robotics公司是用于研究和開發(fā)的無人駕駛車輛機(jī)器人的全球領(lǐng)導(dǎo)者，并提供硬件，軟件和服務(wù)，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛車輛的開發(fā)，部署和操作。Clearpath與40多個(gè)國(guó)家/地區(qū)的500多個(gè)世界上最具創(chuàng)新力的品牌合作，服務(wù)于工業(yè)物料搬運(yùn)，采礦，軍事，農(nóng)業(yè)，航空航天和學(xué)術(shù)界的市場(chǎng)。Clearpath是一家屢獲殊榮的公司，最近屢獲殊榮，其中包括《機(jī)器人技術(shù)業(yè)務(wù)評(píng)論》前50名公司，愛迪生創(chuàng)新獎(jiǎng)，《商業(yè)內(nèi)幕》雜志40歲以下40強(qiáng)以及加拿大的100強(qiáng)雇主。

在一開始的時(shí)候

Clearpath是由四個(gè)喜歡在大學(xué)里建造機(jī)器人的朋友在一個(gè)地下室開始的。在實(shí)驗(yàn)室中遇到了自己的挫敗感之后，他們希望簡(jiǎn)化機(jī)器人技術(shù)的研究。堅(jiān)持，失敗，反復(fù)嘗試并最終成功建造了他們的第一臺(tái)無人駕駛汽車，Clearpath Robotics誕生了。

今天我們不同，但還是一樣

從那時(shí)起，公司發(fā)展壯大。我們?cè)谑澜绺鞯囟加袡C(jī)器人和客戶。我們的辦公室更大，我們有真正的辦公桌，但我們秉承了開始的精神：真誠(chéng)，傾聽客戶的意見，并保持簡(jiǎn)潔美觀。我們的團(tuán)隊(duì)熱衷于為更大的利益而建造機(jī)器人。我們喜歡解決問題，將創(chuàng)新想法變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，并偶爾在午餐時(shí)間玩飛盤游戲。我們是研究機(jī)器人技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者，并為工業(yè)機(jī)器人開創(chuàng)了先河。