[00115384]基于VR技術的煤礦懸臂式掘進機智能化遠程控制系統研發

煤礦井下掘進中存在粉塵大、通風難等問題,使得井下環境惡劣。掘進工作面依靠視頻監控方式難以獲得掘進機位姿和掘進工作面信息,導致工人勞動強度大,且巷道走向定位難、成形截割質量差。因此,研制一種基于多傳感器信息融合與虛擬現實技術（VR）的煤礦懸臂式掘進機智能化遠程控制系統,對于提高掘進機操作人員安全和煤礦安全生產具有重要的現實意義。 根據系統實際需求構建井下全局坐標系統,依據掘進機幾何結構建立掘進機機身子坐標系統,建立了掘進機截割頭與機身運動學模型。提出了一種多傳感器信息的煤礦懸臂式掘進機空間位姿監測系統方案,運用油缸行程傳感器檢測截割臂姿態角,運用超聲、激光和慣導與地磁融合的組合慣導檢測掘進機機身空間位姿。運用實驗室構建的掘進機試驗平臺開展實驗,試驗結果表明：基于油缸行程傳感器的截割臂升降角度模型誤差為0.23°,超聲傳感器的機身偏航位移檢測誤差為0.024m,激光傳感器的車前距檢測誤差為0.006m,慣導與地磁融合的組合慣導信號不僅不被防爆外殼屏蔽,而且克服了慣導航向角隨時間產生累積誤差的難題,航向角檢測誤差在0.2°范圍內。 針對煤礦懸臂式掘進機截割斷面自動成形控制問題,提出了一種基于PID控制的懸臂式掘進機截割頭位置精確控制方法。根據懸臂式掘進機截割部結構及其運動學分析,建立了掘進機截割頭控制系統傳遞函數模型。運用掘進機試驗平臺開展試驗,試驗結果表明：在加入PID反饋控制后,截割頭位置控制精度大大提高,豎直截割實驗最大誤差約為1%,水平截割最大誤差約為1.7%,矩形斷面截割高度和寬度最大誤差均約為1%。 基于上述研究,構建了基于多傳感器信息融合與虛擬現實技術（VR）的煤礦懸臂式掘進機智能化遠程控制系統,該系統硬件平臺包括：懸臂式掘進機模型、傳感器、掘進機遠程控制器、PLC數據處理模塊。系統軟件平臺包括：SolidWorks、3DS Max、Quest3D制作的掘進機虛擬現實平臺、MySQL數據庫與遠程監控軟件。該系統可以真實再現井下掘進機的工作狀態,實現懸臂式掘進機工作過程的可視化遠程控制、掘進機位姿參數自動在線監測、截割斷面輪廓自動成形。 研發的基于VR的煤礦懸臂式掘進機智能化遠程控制系統對于提高煤礦懸臂式掘進機操作人員安全和煤礦安全生產具有重要的現實意義,將有力推動虛擬現實技術工程化應用和煤礦設備智能化水平的提升。