12月17日，对于山东能源集团兖矿济三煤矿井下加固巷道的工人来说，又是普通作业的一天。过去那种人工手持喷枪高速喷射的景象已经一去不复返，一台全自主喷浆机器人正挥舞着机械臂将混凝土精准喷射到巷道壁上，工人只需手持控制面板查看远程管控平台即可。

投入使用全自主喷浆机器人的两年间，山能煤矿生产发生质变：巷道作业班组平均减人45%以上，作业效率提升40%以上，新增原煤产量667万吨，新增销售额61.1亿元……这些数字是智能化解放生产力的最佳证明，其中更凝结着两代科大人四十余年的智慧与汗水。从1986年山东科技大学苏学成教授团队白手起家，到如今黄梁松、张坤教授团队引领全自主智能化浪潮，这条创新之路，正是中国特种机器人技术从“跟跑”到“领跑”的缩影。

从“零”开始的攻坚战

20世纪80年代，山东科技大学自动化学院苏学成教授基于自身在煤矿井下劳动的切身体会，萌生了研发井下机器人的想法。1986年，他带着“让工人远离危险”的朴素愿望，因煤炭部机电总工程师耿总一句“在煤矿要想研究机器人，首先就是喷浆机器人”，一头扎进喷浆机器人研发，致力于以机器取代人工手持喷枪将混凝土高速喷射至围岩表面以形成支护层的传统作业方式，以减轻该作业对工人技能与体力的严重依赖，降低粉尘、噪声、振动对工人造成的职业健康危害。

面对技术封锁、资料匮乏的困境，团队从基础理论学起，用十年时间啃下“防爆设计”“机电液一体化”等硬骨头，先后承担了多项国家自然科学基金项目和国家863计划项目，成功研制出我国首台喷浆机器人，打破了国外垄断，奠定了其在国内的领先地位。

为服务国家土木建设需要，团队又研发出两种结构型式的大型喷浆机器人，并在东秦岭隧道等关键工程、国家重点工程参与施工，与进口喷浆机器人“一较高下”。据苏学成回忆，在东秦岭隧道施工过程中，团队做了长时间的现场试验，降低了喷浆回弹量、提高了经济效益，获得了施工单位的现场认可。

自动化学院副院长王建东介绍，在早期应用中，仅“大型喷浆机器人”一项，就在济南绕城公路隧道等工程中为企业创造了近900万元的直接经济效益。学校研发的防爆型与非防爆型、大中小型相结合的喷浆机器人系列产品，不仅荣获山东省科技进步一等奖和国家科技进步二等奖，更重要的是，它结束了我国在该领域完全依赖进口设备的历史，为后续的深入研究和产业化发展奠定了坚实的基础。

向“全自主”进军

进入21世纪，以黄梁松、张坤教授为代表的新一代科研团队接过接力棒，将人工智能、大数据融入传统装备，研究重点从传统的机电液一体化控制，转向了以“全自主智能”为核心的前沿技术。团队研发的新一代喷浆机器人“矿用混凝土辅助喷射车（CPF-55LK）”是国内外首台套智能全自主喷浆作业机器人系统，集自主取料、上料、搅拌、输送、喷浆、行走等功能于一体，真正实现了喷浆作业的智能化、无人化、远程化，将煤矿工人从恶劣的一线作业环境中解放出来。

张坤告诉记者，为了让机器人能够在矿山、隧道等地下工程环境中安全、自主作业，团队让机器人长出了“眼睛”，整机搭载移动激光雷达扫描系统，能够识别出巷道壁、障碍物、设备以及需要喷浆的区域，完成目标巷道二维/三维轮廓的扫描、特征提取及点云数据预处理，并完成喷浆动作轨迹规划，其预测控制算法能将轨迹误差缩小至30mm，真正实现了“一键式”全自动作业。

在山东省科技创新促进新旧动能转换产业技术成果对接活动智能装备制造专场会上，团队研发的新型喷浆机器人一经亮相便备受企业关注。不仅是因为这款机器人能在巷道中穿梭自如地做精细活，更是因为这款机器人搭配使用“数字矿山”远程管控平台，管理人员可以在地面控制中心对井下作业情况进行“身临其境”的监控。平台还能对机器人采集的海量数据进行分析，通过物联网技术实现对多台机器人的协同调度和任务分配，提高整体作业效率。

山东能源集团有限公司下属济三煤矿区长杨以明感慨：“远距离300m无人化喷浆作业，将作业工人从前端恶劣的工作环境中解放出来，从一线近距离作业转为幕后远距离监工，这是推动矿山走向‘本质安全’的最优选。”

从实验室到生产线

今年春天，在建庄矿业公司的首台智能喷浆机器人正式投用之前，谁也没想到一台花费不到两百万的机器人就能让喷浆效率较之前人工提升30%，降低回弹率至20%以下，更想不到解放生产力才是最根本的“以人为本”——现如今，操作工在井下可以选择视线最佳、空气最好的位置，远程操控喷浆机器人摇臂进行喷浆。对此，张坤表示，团队以学术带头人为核心、以国家重大需求为导向、以持续创新为驱动，一直以来的研发目标正是“机械化换人、自动化减人、智能化无人”。

“企业出题、学校解题、市场阅卷”，校内科研成果紧密对接市场需求，快速转化为现实生产力。12月初，由团队研制的矿用智能化连续泵送一体机和矿用智能喷浆机器人两大核心设备组成的智能化湿式喷浆机组在榆神煤炭榆树湾煤矿井下完成设备组装、空载测试及喷浆试验，成功实现井下湿式喷浆全流程自动化作业，显著提升了作业效率与施工质量。走出实验室、走上生产线，智能全自主喷浆作业机器人系统研发已达到销售级，目前在国家能源集团宁夏煤业有限责任公司枣泉煤矿、金凤煤矿，山东能源集团兖矿济三煤矿，陕西煤业集团黄陵建庄矿业有限公司，陕煤集团神木柠条塔矿业有限公司，陕西榆林能源集团榆神煤炭榆树湾煤矿有限公司等6处矿井实现推广应用。

从开创奠基到技术引领，从替代进口到定义标准，山东科技大学喷浆机器人的发展轨迹，正是中国高校服务国家战略的生动注脚。未来，随着“人工智能+机器人”深度融合，这条“钢铁工匠”之路，必将延伸至更广阔的深海、深地、深空，在全球科技竞技场上镌刻下更耀眼的“山科大印记”。（记者：徐展）

蒲白建庄矿业作业现场/资料图