En la mina de carbón Dahaize, en Yulin, Shaanxi, las cintas transportadoras se extienden a lo largo de kilómetros por los túneles, con decenas de miles de rodillos girando día y noche. Quien se encarga de "examinarlos" y "operarlos" es un "nuevo colega" que no se cansa ni se queja: el robot cambiador de rodillos.
Robot cambiador de rodillos
Este robot inteligente proviene del equipo del profesor Zhang Qiang de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Electrónica de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Shandong (en adelante, "Universidad de Shandong"). En los últimos años, el equipo ha resuelto problemas operativos en escenarios mineros complejos mediante la integración de múltiples tecnologías.
Los rodillos son las "articulaciones" de la cinta transportadora. En el entorno subterráneo, con humedad, polvo y cargas pesadas, estas "articulaciones" son propensas al desgaste y atascos. Si se dañan y no se detectan a tiempo, pueden provocar desde desviaciones de la banda y derrames de carbón hasta accidentes de seguridad.
¿Qué tan difícil era cambiar los rodillos antes? Los mineros tenían que cargar decenas de kilos de herramientas, recorrer los túneles paso a paso para inspeccionar, detener la máquina al encontrar un problema, y luego meterse en el estrecho espacio entre la banda y el bastidor para realizar la extracción e instalación.
Prototipo del robot cambiador de rodillos
El cambio comenzó cuando la mina Dahaize planteó una necesidad a la Universidad de Shandong: ¿podrían construir un robot que reemplazara a los humanos en la inspección y cambio de rodillos? Zhang Qiang, sin dudarlo, llevó a su equipo directamente a Yulin y bajó a la mina junto con los mineros. Recorrieron a pie toda la línea de transporte, midiendo con precisión dimensiones clave como el ancho del túnel, la altura de la banda respecto al suelo y la distancia entre los soportes de los rodillos.
"En el laboratorio, agarrar piezas estándar con un brazo robótico no es difícil, pero en el entorno subterráneo, estrecho y con poca luz, la dificultad aumenta drásticamente", dijo Zhang Qiang. El espacio reducido de los túneles y la gran cantidad de polvo de carbón en suspensión reducen drásticamente la tasa de reconocimiento de la visión artificial. Además, los soportes de los rodillos, debido a la carga prolongada y la corrosión, suelen deformarse, por lo que si el robot intenta posicionarse y agarrar según las dimensiones estándar del plano, a menudo no logra alinearse.
Zhang Qiang (centro) guiando a estudiantes en experimentos
Para superar estos desafíos, el equipo de Zhang Qiang "acampó" en la mina durante meses, corrigiendo repetidamente los algoritmos de fusión multisensor y los parámetros de control, e iterando decenas de veces en pruebas subterráneas. Finalmente, el robot desarrolló habilidades excepcionales: caminar de forma autónoma a lo largo de la cinta transportadora en túneles estrechos, detectar con precisión rodillos defectuosos mediante tecnología de fusión multisensor, y completar todo el proceso de extracción, agarre e instalación de rodillos en espacios reducidos.
Sin señal satelital bajo tierra, ¿cómo se orienta el robot cambiador de rodillos? Aquí está su característica más robusta. Zhang Qiang dijo: "Para que el robot sea realmente útil bajo tierra, la clave es que pueda posicionarse con precisión sin depender de la navegación satelital". En el subsuelo, la oscuridad, el polvo, las vibraciones, los impactos y la obstrucción de diversos equipos generan una gran interferencia de señal. El equipo construyó un sistema de posicionamiento de fusión multi-fuente, permitiendo que el robot "entienda" el entorno subterráneo y logre un posicionamiento centimétrico en condiciones extremas.
Zhang Qiang (izquierda) guiando a estudiantes en experimentos
Hoy en día, este robot cambiador de rodillos ha liberado a los mineros de trabajos peligrosos y pesados, pero el equipo de Zhang Qiang no se detiene. Recientemente, lideraron la obtención de un proyecto especial clave a nivel nacional, con el objetivo de abordar un desafío aún mayor en la industria: la excavación inteligente de túneles de sección rectangular en roca dura.
"Los problemas de la industria son nuestros temas de investigación", dijo Zhang Qiang. A continuación, el equipo se centrará en superar tecnologías clave como el corte eficiente de roca dura, el soporte adaptativo de secciones rectangulares y el control coordinado de múltiples procesos de excavación, soporte y transporte, para desarrollar un sistema robótico integrado que realice estas tareas de forma coordinada, permitiendo que las raíces de las nuevas fuerzas productivas se profundicen y consoliden bajo el mar de carbón.