一种虚拟采煤机记忆截割方法技术

技术编号:14641952 阅读:89 留言:0更新日期:2017-02-15 16:21
一种虚拟采煤机记忆截割方法是在虚拟现实引擎Unity3d环境下首先生成虚拟顶底板环境,然后虚拟刮板输送机铺设在虚拟底板上作为虚拟采煤机运行的轨道,点击虚拟操纵面板的按钮对虚拟采煤机进行操作,虚拟控制器实时对操作数据进行存储、分析与处理与读取,实现对采煤机进行记忆截割仿真。本方法能够在不同地质环境下,快速测试新记忆截割技术算法,并能够实现采煤机司机单机培训和双人协同操作与培训。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种采煤机记忆截割在虚拟现实环境下的实现方法,尤其是一种在虚拟现实仿真引擎Unity3d下实时对采煤机的记忆截割技术进行虚拟仿真的方法。
技术介绍
煤矿井下综采工作面十分危险,工人劳动强度大,自动化水平低,因此急需全面提高综采成套装备的自动化水平,并向智能化和无人化方向发展,在这一过程中,采煤机的记忆截割技术尤为重要。由于当前煤岩识别技术仍然没有得到工业应用,综采工作面普遍采用记忆截割加人工干预的方法作为采煤过程长期运行的主流模式,既能减轻采煤机工人的劳动强度,又能提高工作面装备的自动化水平,增加安全性和提高开采效率。但此种方法存在截割路线不准确,截割过多或过少使过煤或留煤等情况普遍存在。针对当前采煤机记忆截割与滚筒自动调高方面的研究,除了进行理论上的分析与计算外,还需要进行相关实验研究。主要有三种途径:(1)在实际采煤机上进行;(2)在物理模型上进行模拟实验研究;(3)虚拟样机进行虚拟试验。第一种方法优点是能真实反映结果,但存在较大的局限性:由于煤矿井下高度危险、要求所有测试仪器均要具备防爆、煤安或本质安全认证,这种方法一般适用于产品的工业性应用测试阶段,而不适合做一般的实验研究。而第二种方法物理模型造价高、耗时长,对于一种新的方法编入控制系统周期更长,准备一系列的试验和测试系统,很难快速验证方法的正确性,甚至方法错误后,整套系统投资白费,造成了极大的经济损失。第三种方法利用虚拟样机代替物理样机对采煤机进行测试和评价,但研究结果的可靠性很大程度上取决于所建立的采煤机虚拟样机数学模型的准确性,但在一项记忆截割技术的研发期,仍然表现出快速、准确的潜力。虚拟现实技术可以构建出一个类似于全景的真实的综采工作面三维场景,模拟作业过程以及工艺设备的运行,如果建立一个与实际一致的采煤机数字虚拟模型和能够反映采煤机运行特性的采煤机信息模型,两者相结合,让记忆截割技术在虚拟现实环境下就可以快速测试与应用完成,遵循记忆截割“示教-执行-修正-执行”的方式执行。现有的采煤机与综采虚拟仿真培训系统,针对采煤机记忆截割功能的还没有。现有技术中,公开号为201210195694.X的“基于不同地质条件的电牵引采煤机工作状态虚拟仿真系统”,将采煤机工况参数实时驱动采煤机虚拟样机,并绘制不同地质条件的综采工作面,实现采煤工作状态的“真实再现”。公开号为CN105405335A的“一种煤矿综采工作面远程控制虚拟培训系统”,通过远程控制操控台的各种功能开关、手柄和旋钮,控制虚拟综采工作面设备,解决煤矿少人或无人工作面控制系统的人员培训问题。但是上述方法的缺陷在于缺少对采煤机记忆截割方法的培训与仿真。
技术实现思路
本专利技术针对煤矿井下综采工作面采煤机的采煤过程,提出一种虚拟采煤机记忆截割方法。本专利技术所采取的技术措施如下。一种虚拟采煤机记忆截割方法,所述方法是在虚拟现实引擎Unity3d环境下首先生成虚拟顶底板环境,然后虚拟刮板输送机铺设在虚拟底板上作为虚拟采煤机运行轨道,点击虚拟操纵面板按钮对虚拟采煤机进行操作,虚拟控制器实时对操作数据进行存储、分析与处理与读取,实现对采煤机进行记忆截割仿真或测试;所述虚拟顶底板环境是输入地质地形参数,在Unity3d中自动生成高低不平的虚拟顶板和虚拟底板;所述虚拟刮板输送机是与实际刮板输送机等同的虚拟模型,能够自适应地虚拟铺设在虚拟底板上;所述虚拟采煤机是与实际采煤机等同的虚拟模型,并安装有虚拟传感器,在C#脚本的控制下能够真实模拟采煤机的运动;所述虚拟操纵面板是对虚拟采煤机进行操作的虚拟GUI按钮;所述虚拟控制器是虚拟采煤机的控制器,通过对xml文件的读写与matlab生成的dll能够完成对虚拟采煤机的数据采集、数据分析与处理和数据读取,从而对虚拟采煤机进行控制;虚拟操纵面板是unity3d中对虚拟控制器进行控制的GUI界面,包括采煤机功能按钮、记忆截割工艺按钮和网络协同操作按钮。上述虚拟顶底板环境是输入地质地形参数,在Unity3d中自动生成高低不平的虚拟顶板和虚拟底板;所述地质地形参数包括工作面横向倾角和纵向倾角、最大、最小和平均采高参数,生成符合高斯分布的一群离散点,利用现有多种曲线拟合方法依次连接各点,并在Uinty3d中进行渲染生成虚拟现实顶板和底板。上述的虚拟采煤机记忆截割方法,所述虚拟采煤机是在Unity3d中,建立与实际采煤机完全相同的虚拟模型,并安装有虚拟传感器,在编写的C#脚本控制下完成左右摇臂与左右油缸的协同调高,牵引方向、牵引速度的控制,实现真实模拟采煤机的运动;所述虚拟传感器是利用C#脚本中的预设代码和指令获取实时的采煤机数据,包括采煤机运动方向、采煤机的位置、摇臂的转角、牵引速度、横向倾角、纵向倾角和电机电流数据;当采煤机滚筒超过虚拟顶板或虚拟底板范围后,判断为虚拟采煤机电机电流出现异常,此时应当人工远程干预,再重新进入虚拟顶板或虚拟底板范围后,采煤机电机电流恢复正常;上述虚拟刮板输送机是在Unity3d中建立与实际刮板输送机完全相同的虚拟模型,在编写的C#脚本控制下能够自适应地虚拟铺设在虚拟底板上,并具备向煤壁侧推进能力,作为采煤机的运行轨道。上述虚拟控制器是对虚拟采煤机进行数据采集并进行分析与处理的控制器;包括数据采集模块、数据分析与处理模块和数据读取模块。上述数据采集模块是在虚拟采煤机运行过程中,按照需求对安装的虚拟传感器数据进行采集并存放入xml文件中;所述数据分为三类,分别为常规点、关键点和异常点;所述常规点是采煤机行走一个中部槽的长度后自动采集一组虚拟传感器数据,储存进入changgui.xml文件中;所述关键点是对采煤机收到控制指令而改变自身工作姿态的点;所述异常点是当采煤机左或右滚筒高度超过虚拟顶板或虚拟底板范围时,判定为虚拟采煤机电机电流出现异常时刻的虚拟传感器数据,以及进行人工干预左或右滚筒高度回到虚拟顶板或虚拟底板范围电机电流恢复正常时刻的虚拟传感器数据,储存进入yichang.xml文件中。上述数据分析与处理模块是在matlab软件中编译好dll文件,用于将数据采集模块采集的三个xml文件changgui.xml、guanjian.xml和yichang.xml中的数据,利用特定的算法进行整合和生成下一刀数据,并将生成的供下一刀记忆截割直接利用的虚拟传感器数据,保存进入执行.xml文件中。上述数据读取模块是在记忆模式下,虚拟采煤机在走到相对应位置时读取数据分析与处理模块生成的执行.xml中对应的采煤机虚拟传感器数据,截割出人工示教时的形状,在这一模式中,采煤机会随着横向倾角和纵向倾角的改变而进行滚筒高度补偿。上述虚拟操纵面板是对虚拟采煤机进行操作的虚拟GUI按钮;包括采煤机功能按钮、记忆截割工艺按钮和网络协同按钮;所述采煤机功能按钮是包括对左摇臂、右摇臂、牵引速度和牵引方向的控制,并通过此对虚拟采煤机进行操作;所述记忆截割工艺按钮是包括工艺启动、工艺暂停、工艺继续、工艺停止、开始学习和停止学习,能够完成虚拟采煤机记忆截割功能;所述网络协同按钮是包括指定IP、角色选择、虚拟环境生成和单刀、双刀示范选择,其中角色选择是前滚筒司机和后滚筒司机,联网后协同操作虚拟采煤机完成任务。本专利技术上述所提供一种虚拟采煤机记忆截割方法的技术方案,与本文档来自技高网
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一种虚拟采煤机记忆截割方法

【技术保护点】
一种虚拟采煤机记忆截割方法,所述方法是在虚拟现实引擎Unity3d环境下首先生成虚拟顶底板环境,然后虚拟刮板输送机铺设在虚拟底板上作为虚拟采煤机运行轨道,点击虚拟操纵面板按钮对虚拟采煤机进行操作,虚拟控制器实时对操作数据进行存储、分析与处理与读取,实现对采煤机进行记忆截割仿真或测试;所述虚拟顶底板环境是输入地质地形参数,在Unity3d中自动生成高低不平的虚拟顶板和虚拟底板;所述虚拟刮板输送机是与实际刮板输送机等同的虚拟模型,能够自适应地虚拟铺设在虚拟底板上;所述虚拟采煤机是与实际采煤机等同的虚拟模型,并安装有虚拟传感器,在C#脚本的控制下能够真实模拟采煤机的运动;所述虚拟操纵面板是对虚拟采煤机进行操作的虚拟GUI按钮;所述虚拟控制器是虚拟采煤机的控制器,通过对xml文件的读写与matlab生成的dll能够完成对虚拟采煤机的数据采集、数据分析与处理和数据读取,从而对虚拟采煤机进行控制;虚拟操纵面板是Unity3d中对虚拟控制器进行控制的GUI界面,包括采煤机功能按钮、记忆截割工艺按钮和网络协同操作按钮。

【技术特征摘要】
1.一种虚拟采煤机记忆截割方法,所述方法是在虚拟现实引擎Unity3d环境下首先生成虚拟顶底板环境,然后虚拟刮板输送机铺设在虚拟底板上作为虚拟采煤机运行轨道,点击虚拟操纵面板按钮对虚拟采煤机进行操作,虚拟控制器实时对操作数据进行存储、分析与处理与读取,实现对采煤机进行记忆截割仿真或测试;所述虚拟顶底板环境是输入地质地形参数,在Unity3d中自动生成高低不平的虚拟顶板和虚拟底板;所述虚拟刮板输送机是与实际刮板输送机等同的虚拟模型,能够自适应地虚拟铺设在虚拟底板上;所述虚拟采煤机是与实际采煤机等同的虚拟模型,并安装有虚拟传感器,在C#脚本的控制下能够真实模拟采煤机的运动;所述虚拟操纵面板是对虚拟采煤机进行操作的虚拟GUI按钮;所述虚拟控制器是虚拟采煤机的控制器,通过对xml文件的读写与matlab生成的dll能够完成对虚拟采煤机的数据采集、数据分析与处理和数据读取,从而对虚拟采煤机进行控制;虚拟操纵面板是Unity3d中对虚拟控制器进行控制的GUI界面,包括采煤机功能按钮、记忆截割工艺按钮和网络协同操作按钮。2.如权利要求1所述的虚拟采煤机记忆截割方法,所述虚拟顶底板环境是输入地质地形参数,在Unity3d中自动生成高低不平的虚拟顶板和虚拟底板;所述地质地形参数包括工作面横向倾角和纵向倾角、最大、最小和平均采高参数,生成符合高斯分布的一群离散点,利用现有的多种曲线拟合方法依次连接各点,并在Uinty3d中进行渲染生成虚拟现实顶板和底板。3.如权利要求1所述的虚拟采煤机记忆截割方法,所述虚拟采煤机是在Unity3d中建立的与实际采煤机完全相同的虚拟模型,并安装有虚拟传感器,在编写的C#脚本控制下完成左右摇臂与左右油缸的协同调高,牵引方向、牵引速度的控制,实现真实模拟采煤机的运动;所述虚拟传感器是利用C#脚本中的预设代码和指令获取实时的采煤机数据,包括采煤机运动方向、采煤机的位置、摇臂的转角、牵引速度、横向倾角、纵向倾角和电机电流数据,当采煤机滚筒超过虚拟顶板或虚拟底板范围后,判断为虚拟采煤机电机电流出现异常,此时应当人工远程干预,再重新进入虚拟顶板或虚拟底板范围后,采煤机电机电流恢复正常。4.如权利要求1所述的虚拟采煤机记忆截割方法,所述虚拟刮板输送机是在Unity3d中,建立的与实际刮板输送机完全相同的虚拟模型,在编写的C#脚本控制下能够自适应地...

【专利技术属性】
技术研发人员:杨兆建谢嘉成王学文李娟莉任芳王义亮史晓萌
申请(专利权)人:太原理工大学
类型:发明
国别省市:山西;14

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