Bergbau im Wandel: Die Auswirkungen von autonomen Robotern und IoT auf die Branche

Die Bergbauindustrie, die traditionell von Handarbeit und konventionellen Methoden geprägt ist, erlebt nun eine technologische Revolution, die durch die Integration von fortschrittlichem IoT, künstlicher Intelligenz und autonomer Robotik vorangetrieben wird: Bergbau 4.0.

Dr. Cámara Rascón, promovierter Bergbauingenieur und führender Professor, nennt die wesentlichen Technologien für die Verwirklichung von Bergbau 4.0: Automatisierung und Robotik, künstliche Intelligenz, IoT, spezialisierte Sensoren, Drohnen, digitale Zwillinge, virtuelle Realität und die Nutzung von Bergbauhohlräumen zur Energieübertragung und -speicherung. Diese Innovationen sollen die Sicherheit, Effizienz und Nachhaltigkeit verbessern und die Abhängigkeit von menschlichen Arbeitskräften im Bergbau verringern.

Ein großes Bergbauunternehmen wollte seinen Betrieb durch den Einsatz autonomer mobiler Roboter (AMR) und Fördergeräte verbessern, um seine Prozesse zu rationalisieren. Dies erforderte hochentwickelte AMR-Steuerungen, die in der Lage sind, die Komplexität des autonomen Betriebs in einer Tagebauumgebung zu bewältigen.

Um seine Erz- und Abfalltransportprozesse ohne menschliches Eingreifen zu verbessern, benötigte der Kunde fortschrittliche AMR-Steuerungen. Diese Steuerungen waren erforderlich, um sicherzustellen, dass die automatisierten Fahrzeuge effizient und sicher durch die Abbaustätten navigieren können. Sie sind mit fortschrittlichen Sensoren für die Wegplanung, Hindernisvermeidung und GPS-Ortung ausgestattet. Der Einsatz autonomer Transportfahrzeuge versprach mehrere Vorteile, darunter den Betrieb rund um die Uhr, die Verringerung des Unfallrisikos, die Optimierung des Kraftstoffverbrauchs und die Steigerung der Produktivität.

Außerdem benötigte der Kunde AMR-Steuerungen für Roboter, die mit Bohr- und Sprengarbeiten betraut sind - Tätigkeiten, die von Natur aus gefährlich sind. Mit autonomen Robotern können diese Aufgaben aus der Ferne ausgeführt werden, was die Sicherheit der Arbeiter deutlich erhöht. Diese mit GPS- und Bildverarbeitungssystemen ausgestatteten Roboter navigieren und planen die Wege mit hoher Präzision und übermitteln die Daten an das Kontrollzentrum, um die Bohrgenauigkeit und -geschwindigkeit zu optimieren.

Herkömmliche Explorationsmethoden im Bergbau sind oft mühsam, kostspielig und gefährlich. Angesichts der wachsenden Anforderungen an die Nachhaltigkeit und des Arbeitskräftemangels ist die robotergestützte Erkundung unverzichtbar geworden. Diese Roboter können instabile oder überflutete Tunnel sicher erkunden und so die Risiken für menschliche Arbeiter verringern. Es gibt verschiedene Formen von Erkundungsrobotern, z. B. Rover, Drohnen und Unterwasserroboter, die alle mit Sensoren, Kameras und drahtlosen Verbindungen zur Übermittlung von Daten an Kontrollzentren ausgestattet sind.

Axiomtekein führendes Unternehmen in der Entwicklung und Herstellung von Industriecomputern und eingebetteten Systemen, hat mit seinen leistungsstarken AI AMR-Controllern - AIE510-ONX und ROBOX500 - eine ideale Lösung gefunden. Diese Controller sind für den Einsatz unter den rauen und gefährlichen Bedingungen im Bergbau konzipiert.

AIE510-ONX: Leistungsstarke Edge-AI-Plattform für AMR und Robotik in rauen Umgebungen

Der AIE510-ONX wird vom NVIDIA® Jetson Orin™ NX angetrieben, der bis zu 100 TOPS an KI-Rechenleistung liefert. Diese Hochleistungsplattform ist in der Lage, große Mengen an Bildern zu analysieren und unterstützt das NVIDIA Isaac™ Robot Operating System (ROS) SDK für die KI-gestützte Roboterentwicklung.

Hauptmerkmale des AIE510-ONX und ihre Vorteile:

• KI-Beschleuniger (NVIDIA® Jetson Orin™ NX 16GB, 100 TOPS)
  • Vorteil: Bietet eine außergewöhnliche KI-Leistung und ermöglicht eine schnelle und effiziente Datenverarbeitung, die für die Entscheidungsfindung in Echtzeit und fortschrittliche Roboterfunktionen unerlässlich ist.
• CPU (8-Core NVIDIA Arm® Cortex A78AE v8.2 64-Bit-CPU mit 2 MB L2 + 4 MB L3 Cache)
  • Vorteil: Robuste Rechenleistung zur Bewältigung komplexer Rechenaufgaben, die einen reibungslosen und effizienten Betrieb von autonomen Systemen gewährleistet.
• GPU (NVIDIA Ampere-GPU mit 1024 Kernen und 32 Tensor-Kernen)
  • Vorteil: Verbessert die Fähigkeiten des maschinellen Lernens und der künstlichen Intelligenz und ermöglicht eine Hochgeschwindigkeits-Bildverarbeitung und fortschrittliche visuelle Analysen.
• Systemspeicher (16GB 128-bit LPDDR5 onboard)
  • Vorteil: Unterstützt Hochgeschwindigkeitsdatenzugriff und -verarbeitung, was für die Verarbeitung großer Datensätze und die Gewährleistung einer nahtlosen Leistung entscheidend ist.
• COM (1 x DB9 für COM & CAN)
  • Vorteil: Gewährleistet eine zuverlässige Kommunikation mit anderen Geräten und Systemen innerhalb des Bergbaubetriebs und erleichtert integrierte und koordinierte Funktionen.
• USB (2 x USB 3.2 Gen2)
  • Vorteil: Bietet Hochgeschwindigkeitsanschlüsse für externe Geräte, die eine schnellere Datenübertragung und Integration von Peripheriegeräten ermöglichen.
• Ethernet/PoE (1 x 10/100/1000 Mbps PoE über Orin™ NX und 1 x 10/100/1000/2500 Mbps PoE über Intel® I226-IT)
  • Vorteil: Gewährleistet eine robuste und flexible Netzwerkkonnektivität, die für die Datenübertragung in Echtzeit und Fernsteuerungsfunktionen unerlässlich ist.
• Display (1 x HDMI 2.1 mit 4K2K-Auflösung)
  • Vorteil: Bietet eine hochauflösende Display-Ausgabe, die eine detaillierte Überwachung und Visualisierung von Bergbauarbeiten ermöglicht.
• GMSL (4 x Fakra-Z-Anschlüsse für GMSL1/2-Fahrzeugkameras am Modell AIE510-ONX-GMSL)
  • Vorteil: Unterstützt die Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung mit geringer Latenz von mehreren Kameras und verbessert so das Situationsbewusstsein und die Präzision der Navigation.
• Digitale E/A (1 x isolierter DIO, 4 Eingänge/4 Ausgänge)
  • Nutzen: Ermöglicht sichere und zuverlässige Eingabe-/Ausgabevorgänge, die für die Verbindung mit verschiedenen Sensoren und Aktoren in der Bergbauumgebung entscheidend sind.
• Speicher (1 x M.2 Key M 2280 mit PCIe x4 NVMe SSD-Steckplatz)
  • Vorteil: Bietet Hochgeschwindigkeits-Speicherlösungen mit hoher Kapazität, die für die Verwaltung umfangreicher, durch autonome Vorgänge erzeugter Daten unerlässlich sind.
• Erweiterung (Steckplätze für Wi-Fi 6E-, LTE- und 5G-Konnektivität)
  • Vorteil: Ermöglicht drahtlose Kommunikation und sorgt für Flexibilität und Konnektivität in schwierigen Bergbauumgebungen.
• Weitere Merkmale
  • SMA-Antennenanschlüsse, Debug-Port, verschiedene Schalter und Tasten für die Bedienung
    • Vorteil: Verbessert die Betriebssteuerung und Konnektivität und gewährleistet eine robuste und zuverlässige Leistung.
  • 9 bis 36VDC Stromeingang, Zündanschluss, Erdungsschraube
    • Vorteil: Unterstützt flexible und zuverlässige Stromversorgungsoptionen, die einen kontinuierlichen Betrieb unter verschiedenen Bedingungen gewährleisten.
• Konstruktion (Aluminium-Strangpressprofil und hochbelastbarer Stahl, Schutzart IP40)
  • Vorteil: Gewährleistet Langlebigkeit und Schutz vor Umwelteinflüssen, was für raue Bergbauanwendungen entscheidend ist.
• Betriebstemperatur (-25°C bis +60°C)
  • Vorteil: Garantiert zuverlässige Leistung über einen weiten Temperaturbereich, unerlässlich für raue Bergbauumgebungen.
• Abmessungen (180 x 124 x 71,7 mm für das 16-GB-Modell und 180 x 124 x 80,7 mm für das GMSL-Modell)
  • Vorteil: Kompakte Größe für einfache Integration in verschiedene Systeme und Fahrzeuge.

ROBOX500: AMR-Controller für die Schwerindustrie mit M12-Steckern und GMSL-Schnittstelle

Der ROBOX500 wurde für industrielle Hochleistungsanwendungen entwickelt, die von Intel® Core™ i7 Prozessoren der 13. und 12. Dieser Controller zeichnet sich durch einen geringen Stromverbrauch mit einer TDP von 15W/28W aus und unterstützt ein skalierbares AI-Modul mit einem M.2 Key M 2242 Steckplatz, wodurch er ideal für autonome Roboter geeignet ist.

Die ROBOX500, die von der Intel RealSense™ D457 Tiefenkamera angetrieben wird, ist der erste Automated Mobile Robot (AMR)-Controller, der auf der X86-Architektur basiert und eine GMSL-Schnittstelle besitzt. Diese bahnbrechende Lösung von Axiomtek und Intel wurde entwickelt, um komplexe Bildübertragungen zu bewältigen, was sie ideal für die anspruchsvollsten industriellen Umgebungen und Aufgaben macht. Mit dem ROBOX500 können Unternehmen eine überragende Leistung und Zuverlässigkeit in Schwerlastanwendungen erreichen und einen neuen Standard in der AMR-Technologie setzen.

Die Kundenroboter sollten für Bohr- und Sprengarbeiten sowie für die Exploration eingesetzt werden.

Die wichtigsten Merkmale von ROBOX500 und ihre Vorteile:

• Prozessor (13./12. Generation Intel® Core™ i7)
  • Vorteil: Hohe Rechenleistung für komplexe Datenverarbeitung und Entscheidungsfindung in Echtzeit bei autonomen Operationen.
• GMSL-Schnittstelle ( 4-Kanal-GMSL für Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung mit geringer Latenz)
  • Vorteil: Sorgt für Echtzeit-Umgebungserfassung und verbessert die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der autonomen Navigation.
• Robustes Design (mit verriegelbaren M12-Steckern, 5G-Vibrationsschutz und Unterstützung für extreme Betriebstemperaturen)
  • Vorteil: Langlebigkeit und Robustheit für raue Industriebedingungen, Gewährleistung einer gleichbleibenden Leistung

• AI-Modul-Unterstützung
  • M.2 Schlüssel M 2242 Steckplatz
    • Vorteil: Ermöglicht eine skalierbare KI-Integration und verbessert die Anpassungsfähigkeit des Systems an verschiedene KI-Anwendungen.
• Chipsatz
  • Intel® QM580
    • Nutzen: Zuverlässiger Chipsatz für einen reibungslosen und effizienten Systembetrieb.
• System-Speicher
  • 2 x DDR5 SO-DIMM, bis zu 64 GB
    • Vorteil: Ausreichende Speicherkapazität zur Verarbeitung großer Datenmengen und für reibungsloses Multitasking.
• Speicher
  • 2 x 2,5" SATA-Laufwerksschächte, 1 x M.2 Key M 2280 Steckplatz für NVMe
    • Vorteil: Speicheroptionen mit hoher Kapazität und hoher Geschwindigkeit für umfangreiches Datenmanagement.
• USB
  • 4 x USB 3.2 Gen2, 2 x USB 2.0
    • Vorteil: Mehrere Hochgeschwindigkeits-USB-Anschlüsse für den Anschluss von Peripheriegeräten und eine schnelle Datenübertragung.
• Ethernet
  • 2 x 10/100/1000 Mbps LAN-Anschlüsse
    • Nutzen: Zuverlässige und schnelle Netzwerkkonnektivität für nahtlose Kommunikation und Datenübertragung.
• Anzeige
  • 2 x HDMI 2.0, 1 x DP 1.4
    • Vorteil: Hochauflösende Display-Ausgänge für detaillierte Überwachung und Visualisierung.
• Erweiterungssteckplätze
  • 1 x PCIe x16, 2 x PCIe x4
    • Nutzen: Flexible Erweiterungsmöglichkeiten für die Integration zusätzlicher Komponenten und die Erweiterung der Systemfunktionen.
• Audio
  • 1 x Line-out, 1 x Mic-in
    • Vorteil: Audio-Anschlussmöglichkeiten für verschiedene Multimedia-Anwendungen.
• Stromversorgung
  • Eingang: 9 bis 60 VDC
    • Vorteilhaft: Flexibler Stromeingangsbereich für zuverlässigen Betrieb unter verschiedenen Bedingungen.
• Betriebstemperatur
  • -40°C bis +70°C
    • Vorteil: Unterstützung eines breiten Temperaturbereichs für gleichbleibende Leistung in extremen Umgebungen.
• Konstruktion
  • Aluminium-Strangpressprofil und hochfester Stahl, IP40
    • Nutzen: Robuste und langlebige Konstruktion für raue Industrieumgebungen.
• Montage-Optionen
  • Wandmontage, DIN-Schienen-Kit, VESA-Montage-Kit
    • Vorteil: Vielseitige Montageoptionen für unterschiedliche Installationsanforderungen.
• Zertifizierungen
  • CE, FCC Klasse A, UKCA, E-Mark
    • Vorteil: Einhaltung internationaler Normen zur Gewährleistung von Sicherheit und Zuverlässigkeit.

• Gesteigerte Effizienz: Sowohl AIE510-ONX als auch ROBOX500 steigern die betriebliche Effizienz, indem sie autonomen Betrieb und Datenverarbeitung in Echtzeit ermöglichen.
• Verbesserte Sicherheit: Autonome Roboter machen die Anwesenheit von Menschen in gefährlichen Umgebungen überflüssig, was die Sicherheit der Mitarbeiter deutlich erhöht.
• Erhöhte Produktivität: Da autonome Systeme rund um die Uhr arbeiten können, steigern sie die Produktivität und optimieren die Ressourcennutzung.
• Kosteneinsparungen: Geringere Arbeitskosten und ein optimierter Kraftstoffverbrauch führen zu erheblichen Kosteneinsparungen.
• Ökologische Nachhaltigkeit: Fortschrittliche Technologien unterstützen nachhaltigere Bergbaupraktiken und reduzieren die Umweltauswirkungen des Bergbaus.

Die Integration von fortschrittlichen Technologien wie IoT, KI und autonomer Robotik revolutioniert die Bergbauindustrie und markiert den Übergang zum Bergbau 4.0. Der Fall des Bergbauunternehmens zeigt, wie die AIE510-ONX- und ROBOX500-Steuerungen von Axiomtekeine zentrale Rolle bei diesem Wandel spielen. Diese leistungsstarken KI-Plattformen sind für die anspruchsvollen Bedingungen im Bergbau konzipiert und bieten robuste, effiziente und zuverlässige Lösungen für autonome Operationen.

Die umfassenden Funktionen und Vorteile von AIE510-ONX und ROBOX500 zeigen ihre Eignung für verschiedene Bergbauanwendungen, vom Erz- und Abfalltransport bis hin zu Bohr-, Spreng- und Erkundungsarbeiten. Da sich die Bergbauindustrie ständig weiterentwickelt, wird die Einführung solcher fortschrittlichen Technologien entscheidend sein, um die Herausforderungen in Bezug auf Sicherheit, Effizienz und Nachhaltigkeit zu meistern und sicherzustellen, dass die Industrie an der Spitze der technologischen Innovation bleibt.