在陕西榆林的大海则煤矿，一条条带式输送机沿着巷道延伸数公里，上万根托辊在日夜不停地运转。如今，这些托辊的“体检”和“维修”工作，已由一位不知疲倦的“新同事”——托辊更换机器人接手。这款智能机器人由山东科技大学机械电子工程学院张强教授团队研发，通过多技术融合解决了矿山特殊场景下的作业难题。
托辊是输送机的关键部件，被称为输送机的“关节”。然而，井下环境恶劣，潮湿、粉尘多、载荷重，这些“关节”极易磨损或卡滞。一旦托辊损坏未被及时发现，轻则导致皮带跑偏撒煤，重则可能引发安全事故。过去，矿工需要背着几十斤重的工具，沿着巷道徒步巡检，发现问题后还需停机，再钻进皮带与横梁之间的狭窄夹缝中进行拆卸和安装，工作既辛苦又危险。
改变始于大海则煤矿向山东科大提出的需求：能否研发一款机器人，替代人工完成托辊的巡检和更换？张强教授毫不犹豫地带领团队前往榆林，与矿工一同下井。他们徒步走完整个输送线路，对巷道宽度、皮带离地高度、托辊支架间距等关键尺寸进行了精确测绘。
“在实验室里，机械臂抓取标准工件并不难，但在井下这种空间狭窄、光线昏暗的环境中，难度就大大增加了。”张强教授表示。巷道内空间逼仄，煤尘悬浮，导致机器视觉的识别率大幅下降。托辊支架因长期承重和腐蚀普遍变形，如果机器人仍按图纸上的标准尺寸进行定位和夹取，往往难以对准。
为了攻克这些难题，张强团队在矿区驻扎数月，反复修正多传感器融合算法和控制参数，并在井下进行了几十次实测迭代。最终，机器人掌握了多项绝技：它能在狭长的巷道中沿输送机自主行走，通过多传感器融合技术精准识别故障托辊，并在狭窄空间内完成托辊的拆卸、抓取和安装全流程作业。
井下没有卫星信号，托辊更换机器人如何实现精准定位？这正是它的核心优势所在。张强教授解释道：“要让机器人在井下真正发挥作用，关键是不依赖卫星导航也能实现精准定位。”井下环境复杂，黑暗、粉尘、振动、冲击以及设备遮挡导致信号干扰严重。为此，团队构建了一套多源融合定位系统，使机器人能够“看懂”井下环境，在极端条件下实现厘米级定位。
目前，这款托辊更换机器人已成功将矿工从高危繁重的岗位中解放出来。然而，张强团队的研发脚步并未停歇。不久前，他们牵头承担了国家级重点课题的重点专项项目，目标直指行业内的另一大难题——硬岩矩形断面巷道的智能掘进。
“行业的难题就是我们攻关的课题。”张强教授表示。接下来，团队将重点突破硬岩高效截割、矩形断面自适应支护及掘支运多工序协同控制等关键技术，研制掘进、支护、运输一体化协同作业的机器人系统，让新技术在煤海深处扎根更深、更稳。
