智能开采装备全位姿测量及虚拟仿真控制技术
任怀伟1
赵国瑞1
周杰1
文治国1
丁艳2
李帅帅3
1.天地科技股份有限公司开采设计事业部,北京100013;煤炭科学研究总院开采研究分院,北京1000132.北京理工大学宇航学院,北京1000813.煤炭科学研究总院开采研究分院,北京100013
摘要：针对深部开采复杂地质条件下的综采装备空间位姿及受力动态变化、随机倾斜错动难以描述和自适应控制难题,提出了基于全位姿测量及虚拟仿真控制的智能开采模式,以中煤新集口孜东矿140502工作面地质条件和7m四柱大采高综采装备参数为基础,构建复杂条件下智能开采装备全位姿测量及虚拟仿真智能控制系统.首先,给出了智能开采“环境装备-仿真模拟-反向控制”运行体系下的智能决策过程,提出了融合视觉的装备全位姿测量、工作面装备位姿一体化描述及驱动关系建模、基于Unity3D的综采虚拟仿真控制等3项支持智能决策的关键技术.随后建立融合视觉的工作面综采装备群全位姿多参数测量系统,提出了基于设备特征点的视觉多参数测量方法,获取描述综采装备群空间全位姿的15个独立参数;给出综采装备群统一坐标描述及驱动模型,建立了特定的全局和局部坐标系、采煤机和刮板输送机位姿驱动关系模型和刮板输送机三维空间弯曲姿态模型;基于Unity3D虚拟仿真技术构建了工作面场景、装备、工艺流程等虚拟实体和关系模型,支撑井下综采装备开采过程运动仿真.开发出与全位姿测量系统通信的底层数据接口,获取装备的实际工况数据,从而驱动仿真模型实现三维场景下的虚实映射.分析计算和模拟优化下一割煤循环装备协同运动及工艺过程,通过反向控制链路实现对装备虚拟模型和实际装备体的闭环控制.实验室测试表明:虚拟仿真系统实现了数据获取、模型解算、单机装备及装备群协同运动仿真,满足装备实际运行逻辑关系,具有对工作面装备运行状态实时监测和反向控制能力,系统运行流畅性满足要求,帧率＞20 fps.全位姿测量系统经井下现场测试表明:图像识别检测的支架数大于5架,图像解算时间小于0.5s,支架顶梁测量角度误差小于1.2°,满足系统数据测量需求.
关键词：智能开采全位姿测量统一驱动模型虚拟仿真协同运动控制
分类号：TD67(矿山电工)
资助基金：国家重点研发计划(2017YFC0603005)国家自然科学基金(51874174)天地科技股份有限公司创新创业资金专项重点资助项目(2019-TD-ZD001)
论文发表日期：2020-03-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：16( 956-971 )
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