行业领域

高端装备制造产业,其他产业

需求背景

井下供排水、压风、瓦斯抽采、注浆等管道安装是矿井生产系统建设与维护的重要环节。传统管道安装主要依赖人工搬运、登高、吊装和法兰对接，存在重物搬运劳动强度大、狭窄巷道作业空间受限、多工种交叉作业安全风险高、安装效率低、对中精度差等问题。尤其在底鼓变形、积水、泥化及狭窄断面巷道中，普通机械难以进入或无法完成精准安装。

        当前矿山智能化建设在采掘、运输等环节取得进展，但井下管道安装仍处于人工为主、机械化程度低的阶段。国内外虽有管道安装设备，但普遍存在功能单一、转场困难、无法适应井下防爆环境等问题。为此，亟需研发井下管道安装机器人，实现管道抓取、举升、对中、连接、辅助支撑等作业，提升管道安装效率与作业安全水平。

需解决的主要技术难题

一、狭窄巷道重载管道抓取与对中

技术难点：
重载管道抓取机构设计与防滑；
狭小空间多自由度机械臂运动规划；
法兰、快速接头自动对中；
管道姿态调整与微动控制。

二、自主定位与管道识别

技术难点：
低照度、高粉尘、水雾环境下自主定位；
激光雷达+惯性导航+编码器+超宽带融合定位；
管道、支架、法兰视觉识别与位姿估计；
退化环境下的鲁棒闭环检测。

三、多自由度臂运动规划与协同安装

技术难点：
机械臂与底盘协同运动控制；
管道举升、移载、对接路径规划；
多管节连续安装任务分解；
基于实时环境的动作序列优化。

四、人机协同安全与防爆

         技术难点：
         融合热成像与毫米波雷达的人员检测；
         动态安全围栏与紧急制动；
         机器人姿态、载荷与巷壁距离实时预警；
         煤矿瓦斯环境防爆设计。

期望实现的主要技术目标

一、作业能力目标

适应管径DN50～DN300；
单根管道重量≥200kg；
最大举升高度≥3m；
安装效率≥6根/h；
法兰/快速接头对中误差≤2mm；
最小转弯半径≤3.5m，最大越障高度≥300mm，最大涉水深度≥300mm；
适应巷道坡度±18°，并能在12°坡道上实现原地转向。

二、智能化感知与控制目标

定位误差≤10cm；
管道及法兰识别准确率≥95%；
三维巷道重建更新频率≥1Hz；
自动生成抓取—举升—对中—连接最优路径；
单次下达任务后无人干预连续作业时间≥10min；
典型动作序列可学习并参数自优化。

三、安全与可靠性目标

人员接近检测距离≥8m，检测到后1s内自动降速至0.3m/s或停机；
电子围栏设定误差≤20cm，越界触发制动时间≤0.3s；
机身倾角≥12°时自动限制臂架运动幅度；
防爆等级ExdIMb，整机防护等级≥IP65，关键电控箱IP67；
MTBF≥200h，关键部件设计寿命≥5000h。

四、人机交互与远程运维目标

无线遥控距离视距≥150m，非视距≥50m；
远程集控视频传输延时≤100ms，控制指令延时≤50ms；
遥控终端集成至少2路高清视频+1路热成像；
显示位姿、载荷、油温、瓦斯浓度等关键数据；
实现液压、动力、感知系统故障自诊断，覆盖≥80%常见故障。

五、绿色与节能目标

若采用电驱，每安装一根管道能耗≤2.5kWh；
若采用柴油机，满足国四及以上排放标准；
液压系统能效比≥65%。

六、标准化与扩展性目标

属具接口统一，支持至少5种以上作业属具快速切换；
控制软件采用ROS-like架构；
数据接口开放，可接入矿山现有智能化管控平台。

验收验证标准

         在典型矿井完成不少于200小时井下工业性试验；
         管道安装合格率≥95%；
         法兰/快速接头对中误差≤2mm；
         操作人员培训周期≤40学时，普通安装工可独立操作。