摘 要

系統(tǒng)綜述了球形機(jī)器人在煤礦井下場景的關(guān)鍵技術(shù)、應(yīng)用能力與工程化路徑。基于構(gòu)型理-工況的映射關(guān)系，對比分析擺式偏心力矩、全向輪式偏心力矩與摩擦式內(nèi)驅(qū)動(dòng)方案；圍繞礦山井下巡檢與災(zāi)變應(yīng)急偵測兩類任務(wù)，評估拋投式快速部署、滾動(dòng)信的效能，提出球形-雙輪-飛行的多構(gòu)態(tài)以彌補(bǔ)越障與可達(dá)性不足;歸納工程化落地的輕量化續(xù)航-I類防爆一體化設(shè)計(jì)、GNSS缺失與強(qiáng)干擾條件下的輕量級多源融合定位導(dǎo)航、面向非結(jié)構(gòu)化地形的環(huán)境適應(yīng)性結(jié)構(gòu)創(chuàng)成與感知-控制協(xié)同優(yōu)化的后受限空間偵測中潛力顯著，但規(guī)?；渴鹑孕柙诜辣p量化集成、低算力高精度導(dǎo)航與可重構(gòu)多構(gòu)態(tài)技術(shù)上形成可驗(yàn)證、可推廣的工程解決方案。

文章來源：《智能礦山》2025年第11期“礦山機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新與實(shí)踐特刊”

第一作者：馬龍，博士，副研究員，主要從事礦山應(yīng)急與輔助作業(yè)機(jī)器人技術(shù)研究。E-mail：malong89@126.com

作者單位：煤炭科學(xué)研究總院有限公司

引用格式：馬龍，劉英杰，陳昌兵，等.球形機(jī)器人賦能智慧礦山的探索與前景分析[J].智能礦山，2025，6(11)：76-81.

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隨著礦山智能化建設(shè)的深入推進(jìn)，機(jī)器人已成為實(shí)現(xiàn)礦山井下作業(yè)減人-提效-增安的關(guān)鍵技術(shù)支撐。機(jī)器人系統(tǒng)的移動(dòng)方式及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直接影響在礦井復(fù)雜、嚴(yán)苛環(huán)境中的可靠性、靈活性與適應(yīng)性。

當(dāng)前，傳統(tǒng)輪式或履帶式移動(dòng)機(jī)器人在平坦地形中具有較高的運(yùn)動(dòng)效率，但在礦山井下危險(xiǎn)狹小的非結(jié)構(gòu)化作業(yè)環(huán)境中，常面臨機(jī)體傾覆、通行受限及關(guān)鍵部件暴露易損等問題，難以滿足對高機(jī)動(dòng)性、穩(wěn)定性和可靠性的實(shí)際需求。相較之下，在多領(lǐng)域中已得到廣泛應(yīng)用的球形機(jī)器人，因其天然的幾何對稱性與密閉結(jié)構(gòu)，在礦山井下作業(yè)場景中具有獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢與應(yīng)用潛力。不同領(lǐng)域的球形機(jī)器人如圖1所示。

圖1 不同領(lǐng)域的球形機(jī)器人

（1）球形機(jī)器人采用封閉式球殼結(jié)構(gòu)，具備良好的抗傾覆能力和出色的自我保護(hù)性能，可提升井下作業(yè)過程中的整體穩(wěn)定性與關(guān)鍵部件的耐久性。

（2）球形機(jī)器人憑借與地面的點(diǎn)接觸特性，能在井下狹小空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)靈活的全向移動(dòng)，降低作業(yè)響應(yīng)時(shí)間與能耗，具備在復(fù)雜環(huán)境中高效運(yùn)動(dòng)的潛力。

基于此，筆者系統(tǒng)梳理球形機(jī)器人在礦山智能化建設(shè)中的技術(shù)優(yōu)勢、應(yīng)用現(xiàn)狀及未來發(fā)展?jié)摿?，重點(diǎn)分析其在礦山應(yīng)急救援與智能巡檢等典型場景中的適配性與拓展空間，旨在為球形機(jī)器人在礦山井下作業(yè)場景中的工程化應(yīng)用提供思路，推動(dòng)其由實(shí)驗(yàn)室研究走向?qū)嶋H部署。

球形機(jī)器人技術(shù)概述

球形機(jī)器人是以球體為基本外形，通過內(nèi)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生力矩或偏心作用，實(shí)現(xiàn)球殼在地面滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)的移動(dòng)機(jī)器人，其內(nèi)部驅(qū)動(dòng)機(jī)制決定了機(jī)器人系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)性、穩(wěn)定性及結(jié)構(gòu)復(fù)雜性。目前，學(xué)術(shù)界與工程界對球形機(jī)器人驅(qū)動(dòng)方式的研究主要集中在擺式偏心力矩驅(qū)動(dòng)、全向輪式偏心力矩驅(qū)動(dòng)以及摩擦式內(nèi)驅(qū)動(dòng)3種機(jī)制，3種球形機(jī)器人驅(qū)動(dòng)機(jī)制結(jié)構(gòu)示意如圖2所示。

圖2 3種球形機(jī)器人驅(qū)動(dòng)機(jī)制結(jié)構(gòu)示意

（1）擺式偏心力矩驅(qū)動(dòng)機(jī)制

通過在球殼內(nèi)部設(shè)置偏心重物，利用其擺動(dòng)產(chǎn)生的偏心力矩驅(qū)動(dòng)球殼滾動(dòng)。擺式偏心力矩驅(qū)動(dòng)機(jī)制的內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜度低，與球殼之間連接簡單，驅(qū)動(dòng)效率高，運(yùn)動(dòng)速度高于另外2種驅(qū)動(dòng)機(jī)制，使球形機(jī)器人面對不同任務(wù)需求時(shí)具備搭載能力與實(shí)用性方面的提升空間。在礦山等對系統(tǒng)可靠性和耐環(huán)境性要求較高的應(yīng)用場景中，具有顯著的推廣潛力。

（2）全向輪式偏心力矩驅(qū)動(dòng)機(jī)制

在球體內(nèi)部配置多個(gè)全向輪，通過精確控制各個(gè)輪組的轉(zhuǎn)速與方向，使得球體可以實(shí)現(xiàn)任意方向上的運(yùn)動(dòng)。全向輪式偏心力矩驅(qū)動(dòng)機(jī)制與摩擦式內(nèi)驅(qū)動(dòng)機(jī)制對球殼和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)加工精度有非常高的要求，同時(shí)驅(qū)動(dòng)機(jī)制的復(fù)雜度高導(dǎo)致實(shí)際應(yīng)用場景下搭載能力弱，運(yùn)動(dòng)過程中需要面對全向輪與球殼內(nèi)壁之間打滑的情況，且具有運(yùn)動(dòng)速度低、控制精度差的缺陷。

（3）摩擦式內(nèi)驅(qū)動(dòng)機(jī)制

通過在內(nèi)部設(shè)置多個(gè)與球殼接觸的主動(dòng)輪組，通過輪組與球殼之間的摩擦作用實(shí)現(xiàn)球體滾動(dòng)。

近年來，隨著機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用場景需求的不斷拓展，研究趨勢由封閉式球殼結(jié)構(gòu)逐漸轉(zhuǎn)向可展開球殼結(jié)構(gòu)及其外部感知和交互能力的提升方向。未來球形機(jī)器人需要具備靈活可靠的運(yùn)動(dòng)能力，更需兼顧環(huán)境感知與操作交互性能，以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境下的自主工作和更廣泛的應(yīng)用場景覆蓋。

球形機(jī)器人在礦山井下巡檢中的應(yīng)用前景

2.1 球形機(jī)器人在礦山井下巡檢中的優(yōu)勢

帶式輸送機(jī)、變電所、水泵房等礦山井下機(jī)電設(shè)備與環(huán)境巡檢是礦山高效生產(chǎn)的重要保障。當(dāng)前礦山井下巡檢機(jī)器人以輪履式結(jié)構(gòu)為主，但在空間受限且非結(jié)構(gòu)化特征明顯的井下作業(yè)環(huán)境中，移動(dòng)機(jī)器人在實(shí)際應(yīng)用中逐漸暴露出傾覆風(fēng)險(xiǎn)高、運(yùn)動(dòng)靈活性不足、關(guān)鍵部件防護(hù)性較差等缺點(diǎn)。針對上述問題，與當(dāng)前礦井普遍應(yīng)用的傳統(tǒng)輪式或履帶式機(jī)器人相比，球形機(jī)器人表現(xiàn)出顯著的技術(shù)優(yōu)勢與應(yīng)用潛力。

（1）球形機(jī)器人自我保護(hù)性能突出，球殼內(nèi)部元器件被完全密閉封裝，在井下惡劣環(huán)境區(qū)域，可有效防止粉塵、碎石等對機(jī)器人造成的沖擊損壞。

（2）球形機(jī)器人抗傾覆性能與能耗表現(xiàn)優(yōu)異，球形外形能夠有效抵抗傾覆風(fēng)險(xiǎn)，且運(yùn)動(dòng)過程的能耗水平低，可延長巡檢作業(yè)時(shí)間。

（3）球形機(jī)器人可實(shí)現(xiàn)全向快速移動(dòng)，靈活實(shí)現(xiàn)360°原地轉(zhuǎn)向與響應(yīng)，提高狹窄巷道巡檢的效率。

然而，受限于單點(diǎn)接觸與球形結(jié)構(gòu)的局限性，球形機(jī)器人也面臨明顯不足，在面對礦井危險(xiǎn)區(qū)域或?yàn)?zāi)難救援現(xiàn)場等復(fù)雜多變的非結(jié)構(gòu)化環(huán)境時(shí)，球形機(jī)器人越障能力不足，難以應(yīng)對高落差、陡坡、溝渠、碎石堆積等特殊地形條件，制約了其運(yùn)動(dòng)的靈活性與適用范圍。但此缺點(diǎn)并非根本性技術(shù)障礙，通過合理機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與構(gòu)態(tài)轉(zhuǎn)換方法，可以有效加以改善。

2.2 空地兩棲多構(gòu)態(tài)球形機(jī)器人

煤炭科學(xué)研究總院應(yīng)急機(jī)器人研究團(tuán)隊(duì)提出的空地兩棲多構(gòu)態(tài)球形機(jī)器人概念為上述問題提供了可行解決方案。該理念以擺式偏心力矩驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為核心，融合重?cái)[機(jī)構(gòu)、可開合球殼機(jī)構(gòu)及旋翼飛行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了球形-雙輪-飛行的3種構(gòu)態(tài)間靈活轉(zhuǎn)換。

空地兩棲多構(gòu)態(tài)球形機(jī)器人示意如圖3所示，以煤礦井下水泵房巡檢為例，在危險(xiǎn)環(huán)境區(qū)域，球形機(jī)器人的球殼處于密閉狀態(tài)，利用內(nèi)部長軸電機(jī)與短軸電機(jī)協(xié)同實(shí)現(xiàn)全方位快速移動(dòng)，充分發(fā)揮原有結(jié)構(gòu)優(yōu)勢。

圖3 空地兩棲多構(gòu)態(tài)球形機(jī)器人示意

（1）在環(huán)境穩(wěn)定區(qū)域，球形機(jī)器人可通過球殼的開合機(jī)構(gòu)切換為雙輪構(gòu)態(tài)，此時(shí)兩側(cè)半球殼相對開啟，通過長軸電機(jī)差速驅(qū)動(dòng)即可高效實(shí)現(xiàn)越障移動(dòng)與原地精準(zhǔn)轉(zhuǎn)向，利用球殼內(nèi)部攜帶的傳感器執(zhí)行復(fù)雜監(jiān)測任務(wù)。

（2）在復(fù)雜地形或滾動(dòng)難以抵達(dá)區(qū)域時(shí)，球形機(jī)器人進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為飛行構(gòu)態(tài)，旋翼機(jī)構(gòu)展開，依靠重?cái)[機(jī)構(gòu)與雙旋翼實(shí)現(xiàn)起降、懸停、尋向和全向飛行，提升機(jī)器人對井下復(fù)雜地形的適應(yīng)能力與越障性能。

球形機(jī)器人在礦山井下巡檢領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊，尤其在防傾覆性能、全向快速移動(dòng)及自我保護(hù)性等方面，具有顯著優(yōu)勢?，F(xiàn)階段存在越障能力不足的局限，但通過空地兩棲多構(gòu)態(tài)技術(shù)的創(chuàng)新與融合，此類技術(shù)局限有望得到根本性解決，進(jìn)一步釋放球形機(jī)器人在礦井巡檢領(lǐng)域的巨大潛力。

球形機(jī)器人在礦井災(zāi)變應(yīng)急偵測中的應(yīng)用前景

礦山災(zāi)害發(fā)生后，井下空間形成大量封閉或半封閉的非結(jié)構(gòu)化未知受限空間，高溫、高濕、有毒有害氣體及低能見度，嚴(yán)重制約人工和傳統(tǒng)偵測裝備的作業(yè)能力。災(zāi)后受限空間關(guān)鍵環(huán)境信息的快速獲取，是礦井災(zāi)變應(yīng)急偵測的瓶頸問題?，F(xiàn)有中大型監(jiān)測裝備因體積大、通行性差、部署復(fù)雜，難以深入上述區(qū)域開展有效探測。球形機(jī)器人憑借密閉結(jié)構(gòu)、小型化和全向機(jī)動(dòng)性，為礦井災(zāi)變受限空間內(nèi)的高效偵測提供了先進(jìn)可行的解決方案，可拋擲球形機(jī)器人在礦井災(zāi)變受限空間內(nèi)的偵測作業(yè)示意如圖4所示。

圖4 可拋擲球形機(jī)器人在礦井災(zāi)變受限空間內(nèi)的偵測作業(yè)示意

（1）部署方式的優(yōu)勢是球形機(jī)器人在應(yīng)急偵測場景中的突出表現(xiàn)。球形機(jī)器人的獨(dú)特結(jié)構(gòu)特征具備被動(dòng)運(yùn)動(dòng)能力強(qiáng)、防傾覆性能優(yōu)異的特點(diǎn)，可通過單兵拋投或簡易釋放裝置，快速部署至災(zāi)區(qū)受限空間的核心位置，實(shí)現(xiàn)高效響應(yīng)。特別是在礦井災(zāi)變的初期階段，球形機(jī)器人可作為先遣偵測單元，快速進(jìn)入受限空間開展環(huán)境感知與風(fēng)險(xiǎn)識別，提升信息采集效率與作業(yè)安全性。

（2）球形機(jī)器人對稱式球殼結(jié)構(gòu)，使其在碎石堆積、塌方堵塞、坡度變化等復(fù)雜地形中保持穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)，并有效避免關(guān)鍵部件暴露，增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性。擺式偏心力矩驅(qū)動(dòng)機(jī)制賦予了重?cái)[在球殼內(nèi)部的周向全方位可達(dá)能力，可通過重?cái)[實(shí)現(xiàn)球形機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方向的控制。融合設(shè)計(jì)彈跳結(jié)構(gòu)與重?cái)[結(jié)構(gòu)，使重?cái)[具備球殼內(nèi)部周向全方位可達(dá)能力，在徑向方向上快速釋放彈性勢能，實(shí)現(xiàn)球形機(jī)器人越障能力的提升，使球形機(jī)器人無需依賴連續(xù)整平的通行路徑，通過滾動(dòng)與彈跳配合實(shí)現(xiàn)靈活穿越、原地轉(zhuǎn)向和越障，提高在非結(jié)構(gòu)化空間內(nèi)的通行能力與操作靈活性，契合礦井災(zāi)后受限空間的作業(yè)需求。

（3）井下災(zāi)變發(fā)生后，通信條件不穩(wěn)定，傳統(tǒng)通信系統(tǒng)易因塌方或巷道阻隔中斷，降低了遠(yuǎn)程控制與數(shù)據(jù)回傳效率。多臺可拋擲球形偵測機(jī)器人可在復(fù)雜空間中部署形成臨時(shí)自組網(wǎng)通信系統(tǒng)，通過跳躍式中繼方式建立動(dòng)態(tài)通信鏈路，拓展無線信號覆蓋范圍。打通了災(zāi)區(qū)至指揮中心之間的信息孤島，支持多機(jī)器人高效協(xié)同，為復(fù)雜任務(wù)執(zhí)行和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享提供了通信保障。

綜上，球形機(jī)器人在礦井災(zāi)變后受限空間偵測中的應(yīng)用，展現(xiàn)出部署快速、結(jié)構(gòu)防護(hù)優(yōu)越、環(huán)境適應(yīng)廣泛、通信能力增強(qiáng)等優(yōu)勢，形成針對性強(qiáng)、系統(tǒng)性高的應(yīng)急響應(yīng)解決方案。其理念的先進(jìn)性不僅體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)形式與運(yùn)動(dòng)機(jī)制的創(chuàng)新，更體現(xiàn)在其多功能集成

球形機(jī)器人在礦山領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)

面對礦山井下作業(yè)環(huán)境的復(fù)雜性與高風(fēng)險(xiǎn)性，球形機(jī)器人在推廣應(yīng)用過程中仍面臨一系列關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)，主要集中在以下3個(gè)方面。

4.1 輕量化、長續(xù)航、可靠性與防爆性能的融合設(shè)計(jì)

礦井作業(yè)環(huán)境對機(jī)器人裝備，提出了輕量化、長續(xù)航以及I類防爆等多重嚴(yán)格要求。由于球形機(jī)器人內(nèi)部空間有限，在極其緊湊的結(jié)構(gòu)中集成高能量密度的電源及可靠的防爆結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)難度高，在確保安全可靠的前提下，兼顧結(jié)構(gòu)輕量化與能源效率，實(shí)現(xiàn)高效協(xié)同優(yōu)化，是球形機(jī)器人實(shí)際部署應(yīng)用的首要難題。

球形機(jī)器人在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)普遍遵循減小球殼質(zhì)量、降低機(jī)器人質(zhì)心、增大重?cái)[質(zhì)量的核心原則。該原則與礦井I類防爆標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格要求存在一定矛盾，特別是在球殼選材與結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面。

針對此問題，煤炭科學(xué)研究總院應(yīng)急機(jī)器人研究團(tuán)隊(duì)成員深入開展了球殼材料與結(jié)構(gòu)的專項(xiàng)研究，系統(tǒng)分析了低速?zèng)_擊條件下玻璃纖維增強(qiáng)聚合物（GFRP）材質(zhì)球殼的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)及其損傷特性。研究結(jié)果表明，該材料在滿足球殼機(jī)械強(qiáng)度要求的同時(shí)，具備良好的輕量化優(yōu)勢。GFRP材質(zhì)有效避免了金屬殼體對內(nèi)部機(jī)構(gòu)控制信號的屏蔽問題，并能滿足I類防爆標(biāo)準(zhǔn)對非金屬材料阻燃性能的嚴(yán)苛要求，為球殼內(nèi)部非重?cái)[機(jī)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì)提供了技術(shù)路徑，展現(xiàn)出較強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用潛力。

滿足I類防爆標(biāo)準(zhǔn)的輕量化、高功率密度驅(qū)動(dòng)模塊及高能量密度電池系統(tǒng)的開發(fā)，也成為球形機(jī)器人實(shí)際推廣應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)。當(dāng)前，國內(nèi)外研究團(tuán)隊(duì)的主要研究思路集中在將電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子、高能量密度電池以及集成化控制模塊等電氣零部件，一體化融合設(shè)計(jì)防爆結(jié)構(gòu)與機(jī)械承載結(jié)構(gòu)，以降低整體驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的體積和質(zhì)量，解決防爆需求與結(jié)構(gòu)緊湊性的矛盾，為球形機(jī)器人在礦山環(huán)境中的應(yīng)用，提供了切實(shí)可行的解決方案。

4.2 礦井復(fù)雜環(huán)境下的精準(zhǔn)定位與導(dǎo)航

精準(zhǔn)定位導(dǎo)航是球形機(jī)器人井下自主作業(yè)的重要保障。礦井巷道封閉復(fù)雜，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）信號缺失，電磁干擾強(qiáng)烈、粉塵多、光照不足，地面常規(guī)導(dǎo)航方法難以直接適用。球形機(jī)器人以點(diǎn)接觸滾動(dòng)移動(dòng)方式運(yùn)行，容易受巷道地形與滑移干擾，進(jìn)一步降低了導(dǎo)航精度和穩(wěn)定性。

為應(yīng)對上述難題，研究團(tuán)隊(duì)積極探索激光雷達(dá)（LiDAR）、超寬帶（UWB）、慣性測量單元（IMU）及視覺里程計(jì)（VO）等多傳感器信息融合方案。上述多源信息融合的導(dǎo)航方法存在傳感器冗余與計(jì)算復(fù)雜性高等問題，難以完全滿足球形機(jī)器人在井下長時(shí)間自主作業(yè)對能耗與實(shí)時(shí)性要求高的需求。

近期研究的熱點(diǎn)之一是發(fā)展輕量化的多源信息融合策略，如北京理工大學(xué)通過引入深度學(xué)習(xí)算法與自適應(yīng)濾波技術(shù)，提高導(dǎo)航系統(tǒng)的計(jì)算效率與環(huán)境適應(yīng)性。

針對球形機(jī)器人自身結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)特性，提出了一系列針對性算法優(yōu)化。基于運(yùn)動(dòng)學(xué)模型與機(jī)器學(xué)習(xí)融合的軌跡預(yù)測方法，降低了定位誤差與導(dǎo)航能耗，研究成果提升了球形機(jī)器人在礦井復(fù)雜作業(yè)環(huán)境中的自主導(dǎo)航性能，拓寬了其實(shí)際部署和作業(yè)場景適用范圍。

礦井復(fù)雜環(huán)境下的精準(zhǔn)定位與導(dǎo)航技術(shù)是球形機(jī)器人走向?qū)嵱没渴鸬年P(guān)鍵瓶頸。未來需要進(jìn)一步加強(qiáng)多源信息融合方法與自主定位導(dǎo)航算法的研究與優(yōu)化，充分結(jié)合礦井環(huán)境與機(jī)器人自身特性，推動(dòng)球形機(jī)器人在礦山井下實(shí)際應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)高可靠性、高精度、自適應(yīng)的導(dǎo)航性能。

4.3 面向井下任務(wù)需求的環(huán)境適應(yīng)性結(jié)構(gòu)創(chuàng)成技術(shù)

礦井常見高落差、陡坡、溝渠和碎石堆積等非結(jié)構(gòu)化障礙物，對單一滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)的球形機(jī)器人提出嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，嚴(yán)重制約其作業(yè)范圍。為提升適應(yīng)性，研究探索彈跳、飛行等多構(gòu)態(tài)集成方案，例如可展開球殼、旋翼系統(tǒng)等。多構(gòu)態(tài)和可變結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通常增加機(jī)器人自身結(jié)構(gòu)復(fù)雜度和質(zhì)量，帶來了能耗與續(xù)航能力之間的平衡問題。

環(huán)境適應(yīng)性結(jié)構(gòu)創(chuàng)成技術(shù)的核心目標(biāo)是在功能多樣性與結(jié)構(gòu)輕量化之間取得最佳平衡。通過采用新型高強(qiáng)度輕質(zhì)材料以及模塊化設(shè)計(jì)策略，在保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和越障能力的同時(shí)，控制整體質(zhì)量與功耗?；谥悄芨兄c決策算法，自適應(yīng)調(diào)整結(jié)構(gòu)構(gòu)態(tài)與運(yùn)動(dòng)模式，成為提升環(huán)境適應(yīng)性的重要趨勢。

面向井下任務(wù)需求的環(huán)境適應(yīng)性結(jié)構(gòu)創(chuàng)成技術(shù)，需從機(jī)械結(jié)構(gòu)層面突破單一運(yùn)動(dòng)模式限制，更需從材料選擇、智能控制算法以及多構(gòu)態(tài)運(yùn)動(dòng)模式協(xié)調(diào)等多方面深入探索，以實(shí)現(xiàn)球形機(jī)器人在井下復(fù)雜環(huán)境中的高效、自主、靈活作業(yè)，推動(dòng)礦山機(jī)器人的實(shí)際應(yīng)用與廣泛推廣。

綜上，盡管球形機(jī)器人具備廣闊應(yīng)用潛力，但在輕量防爆設(shè)計(jì)、井下精準(zhǔn)導(dǎo)航及復(fù)雜地形適應(yīng)等方面仍存在顯著挑戰(zhàn)。需依托多學(xué)科融合，持續(xù)推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新，助力其實(shí)現(xiàn)從實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證向礦井實(shí)際部署的轉(zhuǎn)化。

結(jié) 語

球形機(jī)器人以其結(jié)構(gòu)對稱性與靈活機(jī)動(dòng)的優(yōu)勢，在礦山井下巡檢與應(yīng)急偵測領(lǐng)域展現(xiàn)出傳統(tǒng)裝備難以企及的潛力。但從實(shí)際應(yīng)用角度來看，仍需攻克輕量化與防爆融合、精準(zhǔn)導(dǎo)航定位以及環(huán)境適應(yīng)性拓展等關(guān)鍵技術(shù)難題。隨著智能傳感、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與控制算法的持續(xù)創(chuàng)新與融合發(fā)展，球形機(jī)器人將逐步突破現(xiàn)有瓶頸，實(shí)現(xiàn)從實(shí)驗(yàn)室技術(shù)驗(yàn)證到井下實(shí)際部署的轉(zhuǎn)化，助推礦山智能化建設(shè)邁向新階段。

編輯丨李莎

審核丨趙瑞

煤炭科學(xué)研究總院期刊出版公司擁有科技期刊21種。其中，SCI收錄1種，Ei收錄5種、CSCD收錄6種、Scopus收錄8種、中文核心期刊9種、中國科技核心期刊11種、中國科技期刊卓越行動(dòng)計(jì)劃入選期刊4種，是煤炭行業(yè)最重要的科技窗口與學(xué)術(shù)交流陣地，也是行業(yè)最大最權(quán)威的期刊集群。

期刊簡介

《智能礦山》（月刊，CN 10-1709/TN，ISSN 2096-9139）是由中國煤炭科工集團(tuán)有限公司主管、煤炭科學(xué)研究總院有限公司主辦的聚焦礦山智能化領(lǐng)域產(chǎn)學(xué)研用新進(jìn)展的綜合性技術(shù)刊物。

主編：王國法院士

刊載欄目：企業(yè)/團(tuán)隊(duì)/人物專訪政策解讀視角·觀點(diǎn)智能示范礦井對話革新·改造學(xué)術(shù)園地、專題報(bào)道等。

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期刊成果：創(chuàng)刊5年來，策劃出版了“中國煤科煤礦智能化成果”“陜煤集團(tuán)智能化建設(shè)成果”“聚焦煤炭工業(yè)‘十四五’高質(zhì)量發(fā)展”等特刊/專題30多期。主辦“煤礦智能化重大進(jìn)展發(fā)布會(huì)”“煤炭清潔高效利用先進(jìn)成果發(fā)布會(huì)”“《智能礦山》理事、特約編輯年會(huì)暨智能化建設(shè)論壇”“智能礦山零距離”“礦山智能化建設(shè)運(yùn)維與技術(shù)創(chuàng)新高新研修班”等活動(dòng)20余次。組建了理事會(huì)、特約編輯團(tuán)隊(duì)、卓越人物等千余人產(chǎn)學(xué)研用高端協(xié)同辦刊團(tuán)隊(duì)，打造了“刊-網(wǎng)-號-群-庫”全覆蓋的1+N全媒體傳播平臺，全方位發(fā)布礦山智能化領(lǐng)域新技術(shù)、新產(chǎn)品、新經(jīng)驗(yàn)。

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