8月27-28日，由中国自动化学会智慧矿山专委会主办、中国煤科机器人公司承办、中国煤科新疆研究院等单位协办的中国自动化学会智慧矿山专业委员会2024年度会议暨“人工智能+矿山”学术论坛暨2024国际智慧矿山机器人+人工智能高峰论坛在深圳成功举办。中国工程院院士王国法、葛世荣，福田区人民政府副区长、党组成员余枫、中国煤科一级首席科学家董书宁，中国煤科机器人公司副总经理王雷等相关领域院士、知名专家及政府有关部门领导出席活动。
会上，王雷做《矿山机器人2.0思考》报告，他提到应将矿山机器人发展过程分阶段探讨，且首次提出矿山机器人进入到2.0阶段的概念，并对矿山机器人1.0阶段进行了解析，对2.0阶段的发展路径思考做详细阐述，同时介绍了机器人公司在2.0阶段具体研究进展，在行业发展、央地协同共建等方面提出了规划与展望。
王雷从工业机器人、服务机器人、特种机器人产业变迁史入手，分析了特种机器人相较于其他2类机器人研发难度愈发增大。进而从矿山行业所需与机器人产业所及两方面展开，解耦矿山机器人学科及产业。原煤监局发布的5大类38种煤矿机器人，从行业角度首次系统性、全面性的对煤矿机器人进行了分类，主要涉及机器人与煤炭工程机械2打学科。进一步，站在产业角度，按照学科细分，可分为巡检、辅助作业、救援3大类22种煤矿机器人+煤机机器人16种。机器人学科致力解放50万瓦检员、安全员以及50万运维等其他工种、100多万辅助作业人员，煤机学科业务范畴致力解放50多万采煤掘进人员。
当前机器人业务范畴涉及的3大类、22种煤矿机器人可能不能满足全部应用场景，同一场景下有不同需求、对应不同的机器人形态。比如皮带机巡检机器人，有长距离、短距离、双层皮带等不同需求，对应的机器人形态便不同。机器人公司进而对其进行了精细化分类，分为3大类36种85款，进一步指导矿山机器人精细化开发。那么煤矿机器人1.0时代，各类机器人发展状况及产业发展状况如何呢？
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煤矿机器人1.0时代
巡检类机器人1.0时代，需求12种33款巡检机器人，目前已经批量应用的巡检类机器人约有7种20款，主要应用于皮带机、变电所、回风巷道等10个场景；处于小规模试用阶段的约有3种、8款，还有2种、5款尚处于空白阶段。机器人公司当前已研发出7种、22款巡检机器人，已在韩家湾、塔拉壕等200余家煤矿现场取得应用。
辅助作业类机器人1.0时代需求21种44款辅助作业机器人，已应用约有17种38款，主要应用于主运巷道、顺槽等7个场景；机器人公司当前已研发出6种、12款辅助作业机器人，柠条塔、红柳、枣泉等煤矿开展应用，单班累计减少作业人员50%以上。
救援类1.0时代需求救援机器人3种8款；其中应用最广泛的是消防灭火机器人，在救援通道打通、通讯迅速连接、狭小空间探测等方面还未有实际应用，当前研发的产品依然处于理论研究和试验阶段；机器人公司现研发出3种、4款救援机器人，其中消防灭火机器人已在辽宁石化等10家企业应用。
煤机机器人1.0时代共有16种需求，自动化智能化水平一直持续提升，但在姿态监测、远程通信控制、煤岩识别、状态监测与故障预判、可视化远程干预等技术上还需要机器人技术的加持与赋能，且目前还无法实现自主决策、智能控制。
煤矿机器人技术1.0时代，行业内已攻克自适应喷浆、多场景自主导航等百余项技术，多方梳理了矿山机器人共性技术类别；机器人公司在智能感知、决策控制与智能执行方面，攻克了图像识别、声音识别、导航定位等关键技术共计30余项。
矿山机器人行业组织1.0时代已成立10个矿山机器人及其相关的行业组织，最早的组织成立于2017年6月；近2年成立的行业组织活跃度较高，国家工信部、矿山局等部门均提供了重要支撑。
煤矿机器人供应链1.0时代煤矿机器人供应链基本形成，元器件厂家约170余家；机器人公司梳理形成了供应链图谱，根据矿山机器人结构特点及功能需求，在伺服系统、减速机、底盘、伺服电机、控制器、传感器、本体结构与机器人材料8各方面建设机器人产业供应链；已与镭神智能等60余家企业建立供应关系。
但关键元器件研发力度和受重视程度不足，部分元器件依赖进口；部分卡脖子供应链的指标、性能、参数尚不清晰。
煤矿机器人产业链1.0时代煤矿机器人上游科研院所200余家，中游机器人本体制造厂家约115家、下游煤矿企业约200余家。但中下游系统集成商缺失。机器人公司梳理梳理形成包含核心元器件厂商、科研院所、各大高校、煤矿企业、电力企业、石油以及铝镁企业等上、中、下游300余家的产业链图谱；已与其中100余家单位达成合作共识；推动矿山机器人产业链上下游间的协同创新和配套对接。但缺少系统集成商；产业体系不完善，关键元器件研发力度和受重视程度不足。
煤矿机器人标准及测试1.0时代，在研及立项的标准有20余项，但多为团体标准，个别为行业标准，且多未发布。测试方面，安标中心能够进行安全性测试，以及企业自身做的性能测试。机器人公司系统梳理煤矿机器人标准，建设机器人生产测试基地，推动实现煤矿与机器人融合发展。
但缺少煤矿机器人分类分级标准，研发应用秩序不足；缺少国标；缺少中试平台。
“机器人+矿山”复合型人才1.0时代，行业内已经拥有一批煤矿智能化人才及其培训机构，陕煤化集团、国能集团等依托煤矿智能化建设、多场景机器人应用等项目开展了煤矿机器人现场人才的培养。机器人公司对人才进行分类，在研发、测试、交付、调试、现场应用等方面多方面布局了人才培养计划。
但仍面临煤矿机器人专业的人才和培训机构严重缺失、现场人才稀缺等问题。
所以，总结煤矿机器人1.0阶段基本特征及核心问题，即技术、产品、供应链、标准及测试、人才培养等已初步形成粗颗粒度体系，但是细颗粒度来看产品凌乱、技术离散，产业链不健全，检测检验能力急需提升，人才匮乏。
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煤矿机器人2.0时代
那么煤矿机器人2.0阶段需要完成哪些任务呢？首先是针对煤矿机器人产品分类覆盖不全、缺少分级，以及技术特征、技术架构、工艺等不规范导致的机器人认知混乱等问题，重新定义煤矿机器人；其次，针对客户、供应商以及生产商之间认知不一致，导致产业发展进展缓慢的问题，进行产品、技术、元器件、算法、任务分级；最后，针对缺少关键感知单元、核心控制单元等元器件，以及仿人化关键技术方面进展缓慢等问题，开展卡脖子技术分级梳理及攻关，进而完成产品精细化分类分级、机器人产品好用实用、机器人关键技术突破、产业链体系逐步完善、标准体系及测试能力加强、行业人才数量及质量提升等六大任务，实现行业提升。
煤矿机器人的移动机构（脚）、执行机构（手）、感知系统（眼耳口鼻）的机构和功能方面已经在1.0阶段完成，2.0阶段重点要解决的是运动控制、手脚协同、自主作业、感知精度、信息调用和智能决策的问题，因此，提出具身智能煤矿机器人。
2.0阶段的煤矿机器人应参考法规、环境、工艺等要素，加快决策系统（大脑）和任务策略（小脑）的开发，在感知、决策、作业、移动等多维度实现智能化。“离线自主、在线智能、数据融入、行为管理”是2.0阶段煤矿机器人系统的重要特征，机器人实现自主感知决策与作业后，嵌入矿上生产系统、安全管理系统、及信息管理系统，并能够与其他智能设备及其他厂家机器人形成联动，真正实现打通全矿井数据信息，精准化管理。
在产品方面，对煤矿机器人精细化梳理，应包括巡检、辅助作业、救援等36种85款，包括急需重点攻关、重点减人的煤仓疏堵、工作面巡检、喷浆、水仓清淤等30余款。
技术方面，进一步细化技术架构，面向行业的煤矿机器人通用技术架构应具备测试保证、系统融入、远端服务等8层技术架构。2.0技术体系梳理及分级应该包括本体、AI、感知技术作业单元、任务策略及仿真4个技术领域，导航、视觉、音频、三维重建等17条技术线，共计123项技术的技术体系。目前按照技术就绪度1-9级来划分，其中9项技术处于7级，39项技术处于6级，其余均为5级或以下。
关键元器件梳理应按照控制器及算力平台、传感器、执行器三大类梳理，共记45项，其中传感器23项、控制器及算力平台9项、执行器13项。目前处于7级的有9项，处于6级的有20项，剩余16项为5级或5级以下。
标准体系方面通过国家标准解决基础通用、安全、性能、适应性、整机及应用集成等5大方面通用技术难题；通过至少38种行业标准解决矿用机器人大品类产品难题；通过数十项团体标准解决技术、元器件、算法等测试难题，让标准好用。在煤矿机器人分类分级评价标准、关键卡脖子核心部件与技术要求、产品要求、测试方法要求、通用技术要求等5大方面提出相关标准，梳理形成标准清单。其中3项国家标准正在申报研究阶段。
测试能力建设方面，1.0阶段中试主要集中于算法、任务、策略测试，2.0阶段需要建设 “场景+载荷+工艺”中试基地。机器人公司在建的矿山机器人中试基地（20000平米）主要建立井下环境多场景模拟区域，针对大负载、大功率下的机器人可靠性、适用性进行测试验证。
人才培养方面，联合高校、科研院所等成立煤矿机器人专班，定向培养复合型人才；加紧编制矿山机器人技术产品专业教材及调试运维等培训教材；依托中试基地、工程研究中心等开展培训实训，向应用企业开放，培养理论及实操能力；与协会定期开展人才培养专项项目，输出大量人才。
那么煤矿机器人的分级如何实现？煤矿机器人主要包括“眼”“脑”“手”“脚”，对应机器人感知、判断、作业、行走等能力；建议从感知、判断、作业、行走等方面进行分级，而感知及判断最终用于行走和作业；其中，巡检机器人主要是行走；辅助作业机器人涉及作业和行走。
巡检类机器人可分为6个等级。从L0-L5 ，本体可靠性、智能化水平、自主学习能力逐步增强，最终实现井下区域全覆巡检。辅助作业机器人按照行走和作业两个维度划分为6个等级，L0为最低级，完全需要由人工参与；L5为最高级，能够实现完全自主智能化作业，是理想中的煤矿机器人最终形态。救援机器人划分为5个等级，L0为最低级，完全需要由人工参与；L4为最高级，能够实现完全自主智能化作业。
机器人公司2.0阶段具体的研究进展主要体现在巡检和辅助作业两类机器人的产品、技术、元器件方面。巡检类机器人方面，
主要解决了“为什么都觉得巡检机器人没用”的问题，
重点成果包括瓦斯巡检机器人重定义、高精准实时动态巷道三维建模技术、机器人化巡检大模型研究、机器人自诊断与任务可编辑技术研究、轻量化非金属轨道、巡检消防机器人研发等方面。王雷指出，随着煤矿智能化进程加速，井下必然会有越来越多设备智能化，
需要大量人员进行巡检，也就需要大量巡检机器人替人；机器人可实现灵活抵近观察，检测精度、认知理解、分析决策能力更智能，巡检类机器人未来应该蓬勃发展！
辅助作业机器人方面，
主要解决了“大家都认为有用，但为什么现在不好用的问题”，
通过将工艺解耦为机器人技术，逐步攻克了喷浆机器人、水仓清淤机器人等现场使用过程中的问题，提出了对应解决方案；基于国家重点研发计划“智能机器人” 重点专项——大型煤矿井下巷道辅助作业机器人关键技术与应用示范项目，构建完成了打钻、抓管、冲尘、清理4种机器人6种参数化工艺模型。
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煤矿机器人发展趋势
未来的煤矿机器人，将逐步走向具身智能的发展方向，其中巡检类机器人将具备跨场景巡检能力，在感知要素、续航能力、智能化水平、自身诊断、人机交互等方面大幅度提升，并能更好的嵌入煤矿本地管理系统；辅助作业类机器人将具备多任务适应性，在关键特种元器件、自学习能力、上下游任务配置、多臂协同等方面展开突破；救援类机器人将具备更强的个体环境适应能力及集群综合作战水平，在防爆防水防火、复杂地形适应性、多传感器集成、多机器人协同控制、高效稳定通讯等方面展开深入探索。
王雷最后进行了总结和展望，他提出了通用机器人和专用机器人的思考，指出煤矿机器人的发展要在构型和智能两个维度，结合生产巡检节拍，逐渐从专用向通用过度。
未来机器人公司将结合深圳市人才高地优势及产业优势，充分发挥中试基地对产业技术提升、人才培养的支持作用，将机器人企业与矿山企业、煤机企业、人工智能企业联合起来，推动行业内技术、装备与机器人协同发展，实现研发模式革新，产业体系打造，共同解决行业内智能化、无人化难题。
来源：中煤科工机器人科技有限公司
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