[00115384]基于VR技术的煤矿悬臂式掘进机智能化远程控制系统研发

煤矿井下掘进中存在粉尘大、通风难等问题,使得井下环境恶劣。掘进工作面依靠视频监控方式难以获得掘进机位姿和掘进工作面信息,导致工人劳动强度大,且巷道走向定位难、成形截割质量差。因此,研制一种基于多传感器信息融合与虚拟现实技术（VR）的煤矿悬臂式掘进机智能化远程控制系统,对于提高掘进机操作人员安全和煤矿安全生产具有重要的现实意义。 根据系统实际需求构建井下全局坐标系统,依据掘进机几何结构建立掘进机机身子坐标系统,建立了掘进机截割头与机身运动学模型。提出了一种多传感器信息的煤矿悬臂式掘进机空间位姿监测系统方案,运用油缸行程传感器检测截割臂姿态角,运用超声、激光和惯导与地磁融合的组合惯导检测掘进机机身空间位姿。运用实验室构建的掘进机试验平台开展实验,试验结果表明：基于油缸行程传感器的截割臂升降角度模型误差为0.23°,超声传感器的机身偏航位移检测误差为0.024m,激光传感器的车前距检测误差为0.006m,惯导与地磁融合的组合惯导信号不仅不被防爆外壳屏蔽,而且克服了惯导航向角随时间产生累积误差的难题,航向角检测误差在0.2°范围内。 针对煤矿悬臂式掘进机截割断面自动成形控制问题,提出了一种基于PID控制的悬臂式掘进机截割头位置精确控制方法。根据悬臂式掘进机截割部结构及其运动学分析,建立了掘进机截割头控制系统传递函数模型。运用掘进机试验平台开展试验,试验结果表明：在加入PID反馈控制后,截割头位置控制精度大大提高,竖直截割实验最大误差约为1%,水平截割最大误差约为1.7%,矩形断面截割高度和宽度最大误差均约为1%。 基于上述研究,构建了基于多传感器信息融合与虚拟现实技术（VR）的煤矿悬臂式掘进机智能化远程控制系统,该系统硬件平台包括：悬臂式掘进机模型、传感器、掘进机远程控制器、PLC数据处理模块。系统软件平台包括：SolidWorks、3DS Max、Quest3D制作的掘进机虚拟现实平台、MySQL数据库与远程监控软件。该系统可以真实再现井下掘进机的工作状态,实现悬臂式掘进机工作过程的可视化远程控制、掘进机位姿参数自动在线监测、截割断面轮廓自动成形。 研发的基于VR的煤矿悬臂式掘进机智能化远程控制系统对于提高煤矿悬臂式掘进机操作人员安全和煤矿安全生产具有重要的现实意义,将有力推动虚拟现实技术工程化应用和煤矿设备智能化水平的提升。