Dans la mine de charbon de Dahaize, à Yulin, dans le Shaanxi, les convoyeurs à bande s'étendent sur des kilomètres le long des galeries, des dizaines de milliers de rouleaux tournent jour et nuit, et celui chargé de leur « examen médical » et de leur « opération chirurgicale » est un « nouveau collègue » infatigable et sans plainte : le robot de remplacement des rouleaux.
Robot de remplacement des rouleaux
Ce robot intelligent est issu de l'équipe du professeur Zhang Qiang de l'École de génie mécanique et électronique de l'Université des sciences et technologies du Shandong (ci-après dénommée « Shandong Ke Da »). Ces dernières années, cette équipe a résolu les difficultés des opérations dans des environnements miniers spéciaux grâce à l'intégration de multiples technologies.
Les rouleaux sont les « articulations » du convoyeur. Dans un environnement souterrain humide, poussiéreux et soumis à de lourdes charges, ces « articulations » sont très sujettes à l'usure et au blocage. Si un problème n'est pas détecté à temps, cela peut, au mieux, provoquer un déport de la bande et un déversement de charbon, et au pire, entraîner un accident de sécurité.
À quel point était-il pénible de remplacer les rouleaux auparavant ? Les mineurs devaient porter des outils de plusieurs dizaines de kilos, inspecter pas à pas le long de la galerie, et en cas de problème, ils devaient d'abord arrêter la machine, puis se glisser dans l'étroit espace entre la bande et la poutre pour effectuer le démontage et l'installation.
Prototype du robot de remplacement des rouleaux
Le changement a commencé lorsque la mine de Dahaize a soumis une demande à l'Université des sciences et technologies du Shandong : était-il possible de construire un robot pour remplacer le travail manuel dans l'inspection et le remplacement des rouleaux ? Sans hésiter, Zhang Qiang a emmené son équipe directement à Yulin et est descendu dans la mine avec les mineurs. Ils ont parcouru à pied toute la ligne de transport, mesurant précisément un par un les dimensions clés telles que la largeur de la galerie, la hauteur de la bande par rapport au sol et l'espacement des supports de rouleaux.
« En laboratoire, il n'est pas difficile pour un bras robotisé de saisir une pièce standard, mais une fois dans un espace souterrain étroit et faiblement éclairé, la difficulté augmente considérablement », explique Zhang Qiang. L'espace confiné des galeries et la grande quantité de poussière de charbon en suspension réduisent considérablement le taux de reconnaissance de la vision artificielle. De plus, les supports de rouleaux, en raison d'une charge prolongée et de la corrosion, sont généralement déformés. Si le robot tente de les localiser et de les saisir en se basant sur les dimensions standard du plan, il lui est souvent difficile de les aligner correctement.
Zhang Qiang (au centre) guide les étudiants dans leurs expériences
Pour surmonter ces difficultés, l'équipe de Zhang Qiang a « campé » dans la zone minière pendant plusieurs mois. Ils ont révisé à plusieurs reprises les algorithmes de fusion multi-capteurs et les paramètres de contrôle, itérant des dizaines de fois lors des tests en conditions réelles souterraines. Finalement, le robot a acquis une série de compétences exceptionnelles : se déplacer de manière autonome le long du convoyeur dans les galeries étroites et longues, identifier avec précision les rouleaux défectueux grâce à la technologie de fusion multi-capteurs, et effectuer l'ensemble du processus de démontage, de saisie et d'installation des rouleaux dans un espace restreint.
Comment le robot de remplacement des rouleaux s'oriente-t-il sous terre, là où il n'y a pas de signal satellite ? C'est là son aspect le plus remarquable. Zhang Qiang explique : « Pour qu'un robot soit vraiment utile sous terre, la clé est de pouvoir se localiser avec précision sans dépendre de la navigation par satellite. » Sous terre, l'obscurité, la poussière, les vibrations, les chocs, ainsi que les obstructions de divers équipements et les interférences de signaux s'accumulent. L'équipe a donc construit un système de localisation multi-sources fusionnées, permettant au robot de « comprendre » l'environnement souterrain et d'atteindre une localisation centimétrique dans des conditions extrêmes.
Zhang Qiang (à gauche) guide les étudiants dans leurs expériences
Aujourd'hui, ce robot de remplacement des rouleaux a libéré les mineurs de leurs tâches dangereuses et pénibles, mais l'équipe de Zhang Qiang ne s'arrête pas là. Récemment, ils ont remporté un projet clé majeur dans le cadre d'un programme national de recherche fondamentale, visant un « os encore plus dur » dans l'industrie : le creusement intelligent de tunnels à section rectangulaire dans la roche dure.
« Les défis de l'industrie sont nos sujets de recherche », déclare Zhang Qiang. À l'avenir, l'équipe se concentrera sur le développement de technologies clés telles que la coupe efficace de la roche dure, le soutènement adaptatif des sections rectangulaires et le contrôle coordonné des processus multiples de creusement, de soutènement et de transport. Ils visent à développer un système robotique intégré pour le creusement, le soutènement et le transport en coopération synchrone, afin d'enraciner plus profondément et plus solidement les racines des forces productives de nouvelle qualité sous la mer de charbon.