Clearpath Husky 是矿山安全传感有效载荷的理想 AMR 基地。|图片来源：Clearpath

挑战

众所周知，全球采矿业在现代经济中发挥着至关重要的作用，各种高科技产业都依赖于贵金属。毕竟，煤炭仍然是全球主要的能源资源之一。事实上，根据2021 年全球矿业市场报告，“全球矿业市场预计将从 2020 年的 16416.7 亿美元增长到 2021 年的 18455.5 亿美元”！如此大的产量自然会带来对体力劳动的巨大需求。然而，其中许多工作是危险的、困难的和肮脏的。地下矿井是危险的工作环境，会使人的生命处于危险之中，而操作员必须接受培训，并且通常需要很长时间才能到达必须扫描的位置。多年来，研究人员和机器人专家一直在努力开发自主系统，以减轻许多关于在矿山工作的担忧。然而，在直接安全、实用性和生产力之外的考虑往往被忽视。

解决方案

为了解决采矿业中的许多这些缺陷并为该领域的机器人开发更美好的未来，由DMT GmbH & Co. KG（德国工业咨询公司）领导的一系列合作伙伴创建了一个名为欧洲理工学院 (EIT) 的研究项目UNDROMEDA– 用于监测、评估和检测应用的地下机器人系统。目标是努力打造一个无形、零影响、智能、安全和完全自主的矿山，以应对未来与社会和环境接受度以及经济效率有关的采矿挑战。

具体来说，该项目正在使用Husky UGV（Clearpath公司生产的地面无人车）,通过替代人工测量来显着降低地下人员的风险。自动化将减少制图和监控的时间和成本，而先进的传感器及其集成将提高信息密度和质量。

该团队的Husky UGV,名为 Alex（以弗莱贝格大学著名校友 Alexander von Humboldt 命名）被用作其传感器和处理单元的移动基地，能够生成详细的环境 3D 地图，但也可用于检查和紧急情况。具体来说，Alex 携带的平台包含多个传感器，用于在平台中的附加处理单元上执行同步定位和映射 (SLAM)。它生成一个在线地图，可用于使用机器人操作系统 (ROS) 进行定向和首次评估。在后处理中，该地图可以被细化以评估例如斜坡的变形。为了实现这些流程，Husky UGV 配备了以下组件：

●额外的 30Ah 电池为平台的传感器和处理单元供电

●一个强大的、定制的、坚固的处理单元，具有多个以太网和 USB 端口，用于连接所有传感器并运行 SLAM

●6个15W LED，可单独控制照明（前后各2个，每侧1个）

●4 个英特尔实感 T265 跟踪摄像头，运行视觉 SLAM 以支持定位精度和冗余（一个面向每个方向）

●3 个Velodyne VLP-16 (Puck)LiDAR 扫描仪阵列用于详细映射，这样可以看到机器人前面的地板以及上面的天花板

●具有高达 30 倍变焦的 AXIS Q8742-E 双光谱 PTZ（Pan-Tilt-Zoom）摄像机和用于检查和应急响应的热像仪

●一种 indurad iSDR-C 雷达传感器，其操作类似于 2D 激光雷达扫描仪，并在机器人周围产生水平测量，以用于不像激光雷达扫描那样易受灰尘和烟雾影响的 SLAM

●一种超宽带 (UWB) 标签，可在与放置在矿井中的 UWB 锚进行通信时实现全球参考定位，这是地下环境中 GPS 的替代方案

试运行在线点云。|图片来源：Clearpath Robotics

结果

这样一个雄心勃勃的项目面临的挑战之一是 UNDROMEDA 中的机器人必须在地下矿井中执行任务，它必须应对恶劣的环境条件，即溅水、高湿度、污垢、灰尘和其他环境危害机器人必须能够承受。因此，为此类任务选择机器人的第一个标准是符合 IEC 60529 标准的合适 IP 分类。此外，该团队需要一个能够携带和评估多个传感器的平台，为定位和映射提供必要的冗余。

这就是 UNDROMEDA 团队选择赫Husky UGV 的原因，因为它是一个多功能平台，可以开箱即用，并且可以穿越困难的地形。它的有效载荷和电池容量能够安装大量传感器，同时仍提供足够的运行时间。如果没有Husky UGV ，该团队将不得不使用由人工操作员控制的手持式或地面激光扫描仪进行乏味的斜坡测绘。

最终，正如 DMT 的项目团队成员 Marco Steinbrink 所说，他们选择了Husky UGV “这是一个坚固、防尘和防水的平台，可以开箱即用，并附带详细的文档和 ROS 支持。它在 ROS 中发布其状态，我们可以使用它在我们的用户界面中显示，并且还具有 ROS 导航堆栈的可用配置，否则需要大量工作来配置。”

然后，在Husky UGV 的帮助下，该团队能够在使用远程控制进行的训练矿井中完成第一次试运行。这项测试是非常重要的反馈，因为他们了解到矿井内的火车轨道阻止了自主测绘，因为它们的高度与亚历克斯下方的空地相匹配，这使得必须以特定角度穿过轨道。此外，他们必须考虑减少有效载荷，因为越过障碍物可能会因过压而导致电池损坏。该团队很高兴能继续迭代他们的项目，并希望在未来使用该机器人在地下矿山和类似危险环境中进行商业扫描。