中煤科工機器人科技有限公司（以下簡稱“中煤科工”）是中國煤炭科工集團（央企，以下簡稱“集團”）的全資子公司，作為集團特種機器人核心技術(shù)和產(chǎn)品的唯一產(chǎn)業(yè)基地，承擔著礦山智能化技術(shù)攻關(guān)任務(wù)。
中煤科工聚焦研發(fā)煤礦、鋁鎂、鋼鐵等高危場景的特種機器人、智能裝備的研發(fā)、生產(chǎn)與技術(shù)服務(wù)。依托集團在煤炭行業(yè)的技術(shù)積累與資源優(yōu)勢，中煤科工致力于推動礦山智能化、無人化發(fā)展，提升礦山安全水平和生產(chǎn)效率，爭取早日實現(xiàn)“打造中國礦山機器人原創(chuàng)技術(shù)策源地及現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)鏈鏈長”的宏偉愿景。
2024年6月20日，國家礦山安全監(jiān)察局某領(lǐng)導(dǎo)在視察期間，強調(diào)礦山機器人研發(fā)應(yīng)用非常重要，對于實現(xiàn)礦山智能化、本質(zhì)安全、減輕勞動強度以及推動高質(zhì)量發(fā)展起到關(guān)鍵作用。
為滿足煤礦、鋁鎂、鋼鐵等高危場景特種機器人的研發(fā)、生產(chǎn)與技術(shù)服務(wù)需要，中煤科工需要使用高效的仿真工具對各種業(yè)務(wù)場景進行仿真，指導(dǎo)生產(chǎn)和技術(shù)服務(wù)。
中煤科工目前采用T公司的Adams軟件進行機器人機械結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化和運動規(guī)劃與軌跡優(yōu)化，同時采用F公司的Recurdyn軟件進行機器人行走機構(gòu)對于復(fù)雜地形適應(yīng)性分析。通過上述軟件，對抓管機器人、噴漿機器人的液壓機械臂抓管作業(yè)過程的運動規(guī)劃與軌跡優(yōu)化 以及行走機構(gòu)履帶在煤礦井下的地面行走等仿真場景研究。
但是，隨著目前國外工業(yè)軟件在國內(nèi)使用的問題越來越多，并正在成為卡住我們的業(yè)務(wù)發(fā)展動力的阻礙：
首先是數(shù)據(jù)安全問題，特別是礦山機器人作業(yè)環(huán)節(jié)和國家能源戰(zhàn)略相關(guān)，煤礦信息安全關(guān)乎我國能源戰(zhàn)略部署，使用國外軟件容易造成信息數(shù)據(jù)的泄漏，影響國家安全。
其次，國外商業(yè)軟件存在技術(shù)封鎖風(fēng)險，一旦國外廠商停止授權(quán)，很難快速切換到其他商業(yè)軟件，尤其機器人設(shè)備的研發(fā)周期基本在10個月以上，如果無法通過仿真驗證，后期的交付周期預(yù)計長100-200天不等。
第三，海外軟件缺少客戶化特定場景適配的機動性。ADAMS在特種機器人和智能裝備行業(yè)的技術(shù)布局不足，軟件功能性在特定領(lǐng)域的適配性存在一定的不足，缺少對特定場景的客戶化。尤其目前中國的礦業(yè)快速發(fā)展，有好多新的場景出現(xiàn)，國外廠商的技術(shù)支持不到位，缺少快速的定制開發(fā)，不能滿足中煤科工業(yè)務(wù)快速發(fā)展的需要。
第四，購買國外的仿真軟件價格非常昂貴，配套培訓(xùn)服務(wù)同樣價格高昂，每年相關(guān)的采購費用都是一筆不小的支出。
為解決這一問題，從2025年2月開始，在中煤科工跟英特仿真進行交流后，開始試用其通用多體動力學(xué)軟件，隨后驚喜的發(fā)現(xiàn)英特通用多體動力學(xué)軟件能結(jié)合礦山機器人應(yīng)用的各種場景，就管路安裝、巷道噴漿、軌道/輪式巡檢、巷道清理、鉆孔施工、巷道沖塵等業(yè)務(wù)場景進行仿真驗證，構(gòu)建前瞻性仿真驗證體系，快速解決當前痛點，促進礦山機器人發(fā)展。
英特軟件能攻克非結(jié)構(gòu)化地形動力學(xué)交互建模技術(shù)，實現(xiàn)井下斜坡、碎石路面等極限工況的仿真，填補了國產(chǎn)軟件在礦山場景精細化建模領(lǐng)域的空白。同時英特軟件打通機械、控制、環(huán)境三領(lǐng)域仿真數(shù)據(jù)接口，支持實時參數(shù)調(diào)優(yōu)與動態(tài)補償算法嵌入，實現(xiàn)控制策略驗證效率，推動機器人設(shè)計從“經(jīng)驗驅(qū)動”向“數(shù)據(jù)驅(qū)動”轉(zhuǎn)型。這正是中煤科工一直在苦苦尋找的實現(xiàn)工具轉(zhuǎn)換的目標軟件！
中煤科工發(fā)現(xiàn)英特通用多體動力學(xué)軟件幾乎能夠勝任中煤科工所有機構(gòu)運動模擬場景，例如
（1）抓管機器人的機電液聯(lián)合仿真優(yōu)化，提升機器人在不同工況下的穩(wěn)定性和控制精度；
（2）噴漿機器人的機電液聯(lián)合仿真優(yōu)化及軟管動態(tài)特性分析，實現(xiàn)噴槍軌跡穩(wěn)定控制與系統(tǒng)精度提升的協(xié)同優(yōu)化；
（3）履帶定制化建模仿真，實現(xiàn)對特種履帶底盤的運動建模仿真，提供控制接口配合控制系統(tǒng)實現(xiàn)抓管機器人、噴機器人的聯(lián)合仿真優(yōu)化分析；
（4）軌道機器人的驅(qū)動動力學(xué)和慣性效應(yīng)仿真分析，實現(xiàn)防止溜車、優(yōu)化電機功率分配策略和加減速曲線以降低輪軌分離風(fēng)險；
（5）輪式機器人的輪地接觸力學(xué)分析與越障工況下的多維度受力研究，實現(xiàn)機器人牽引效率提升與復(fù)雜地形穩(wěn)定越障的協(xié)同優(yōu)化。
機械臂動力學(xué)仿真場景中，根據(jù)機械模型、關(guān)節(jié)運動關(guān)系和驅(qū)動源速度數(shù)據(jù)還原液壓機械臂在抓取工況的運動情況，獲取末端運動數(shù)據(jù)以及關(guān)鍵節(jié)點受力情況，用于后續(xù)液壓缸的選型、機械臂起升極限的判定。建模邏輯符合國人思維習(xí)慣，將結(jié)果與標桿軟件（ADAMS）仿真結(jié)果數(shù)據(jù)進行對比后，速度以及位移結(jié)果完全吻合，誤差為0；液壓缸推力曲線大值誤差2.5%，平均值誤差1.6%，結(jié)果可信，完全滿足工程使用要求。
機械臂關(guān)節(jié)運動仿真圖示
在剛?cè)狁詈戏治龇抡鎴鼍爸?，根機械模型、關(guān)節(jié)運動關(guān)系和驅(qū)動源速度數(shù)據(jù)還原液壓機械臂在抓取工況的運動情況，獲取機械臂結(jié)構(gòu)在工作狀態(tài)下的應(yīng)力情況，用于后續(xù)機械臂結(jié)構(gòu)承載能力評估以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化。軟件具備剛?cè)狁詈戏治瞿芰?，支持?dǎo)入MNF文件，大應(yīng)力為39.5MPa，F(xiàn)MBD軟件的求解結(jié)果與標桿軟件高度吻合，大誤差不超過0.5%，速度與位移完全吻合可達到仿真效果。
經(jīng)過試用后，從場景適配性和技術(shù)支撐方面進行選型評估，結(jié)合前期與英特技術(shù)團隊技術(shù)交流，中煤科工認為英特通用多體動力學(xué)軟件現(xiàn)階段已可以滿足90%以上的機構(gòu)運動模擬業(yè)務(wù)場景需求。 在售前階段，工程師需將現(xiàn)場踏勘數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字場景，通過仿真來驗證產(chǎn)品在客戶現(xiàn)場的適用性、可達性和作業(yè)節(jié)拍，這是提供專業(yè)解決方案、贏得客戶信任的核心環(huán)節(jié)。在項目交付和售后階段，面對現(xiàn)場出現(xiàn)的復(fù)雜問題，在仿真環(huán)境中進行復(fù)現(xiàn)、分析根本原因并驗證解決方案。 無論是緊急的售前支持還是十萬火急的售后響應(yīng)，都需要這種即時仿真資源及時響應(yīng)，既把握商機，又能持續(xù)提升客戶滿意度和品牌聲譽。 所以，中煤科工期望仿真軟件不僅應(yīng)用于研發(fā)階段，更能深入整合至公司業(yè)務(wù)的各個環(huán)節(jié)，滿足中煤科工在產(chǎn)品迭代、技術(shù)攻堅、市場開拓、客戶服務(wù)四條戰(zhàn)線的需求，助力我們業(yè)務(wù)的快速發(fā)展！
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