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题名智能开采装备全位姿测量及虚拟仿真控制技术
被引量：32
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作者
任怀伟
赵国瑞
周杰
文治国
丁艳
李帅帅
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机构
天地科技股份有限公司开采设计事业部
煤炭科学研究总院开采研究分院
北京理工大学宇航学院
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出处
《煤炭学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2020年第3期956-971,共16页
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基金
国家重点研发计划资助项目(2017YFC0603005)
国家自然科学基金面上资助项目(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)。
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文摘
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7 m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0.5 s,支架顶梁测量角度误差小于1.2°,满足系统数据测量需求。
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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
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Keywords
smart mining
full position and attitude measurement
unified driving model
virtual simulation
cooperative motion control
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分类号
TD67
[矿业工程—矿山机电]
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题名固体充填液压支架全位姿测量及虚拟仿真
被引量：3
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作者
王裕
史艳楠
王毅颖
齐朋磊
王翰秋
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机构
河北工程大学机械与装备工程学院
河北省煤炭生态保护开采产业技术研究院
邯郸市智能车辆重点实验室
中煤能源研究院有限责任公司
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出处
《工矿自动化》
北大核心
2022年第7期81-89,共9页
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基金
河北省自然科学基金资助项目(E2020402064)
河北省创新能力提升计划项目(215676140H)
邯郸市科学技术研究与发展计划项目(20312904002)。
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文摘
针对固体充填液压支架处于复杂地质条件下时空间位姿状态动态变化难以直接识别,现有位姿测量系统存在位姿参数部分缺失的问题,设计了一种固体充填液压支架全位姿测量系统。利用3D Max建模软件建立了固体充填液压支架三维模型,基于固体充填液压支架不同的特征节点,采用多传感器融合测量方法获取反映其空间全位姿的9个参数,即支架底座倾斜角(与水平面夹角)、顶梁姿态角(与水平面夹角)、支架高度、推矸推移距离、护帮板状态、推压密实机构倾角(与后顶梁夹角)、推压密实机构推移距离、支架组护帮板之间的距离、刮板输送机中部槽与支架推矸的夹角。将倾角传感器布置于前顶梁、后顶梁、底座、推压密实机构千斤顶等处,用于测量支架的底座倾斜角和前后顶梁姿态角等,将位移传感器安装在支架的推矸和推压密实机构上,用于测量推移距离等。利用视觉传感器采集图像数据,通过建立单目视觉测量模型及全局坐标系与局部坐标系的转换,分析计算固体充填液压支架组护帮板之间的距离、支架推矸与刮板输送机中部槽之间的角度、护帮板状态和支架高度等。针对现有固体充填液压支架虚拟仿真系统在数据分析、运动关系约束等方面缺乏深入研究的问题,设计了基于Unity3D的固体充填液压支架虚拟仿真系统,该系统利用Unity3D实现了支架运动仿真,可实时反映支架运行时的位姿状态变化。基于Unity3D的固体充填液压支架虚拟仿真系统与固体充填液压支架全位姿测量系统配套使用,可真实反映固体充填液压支架的运行状态,保证固体充填液压支架仿真的稳定性及数据的可靠性,为固体充填液压支架平稳运行提供了技术支持。
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关键词
智能开采
固体充填液压支架
全位姿测量
多传感器融合
虚拟仿真
设备运动仿真
状态显示
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Keywords
intelligent mining
solid filling hydraulic support
full pose measurement
multi-sensor fusion
virtual simulation
equipment motion simulation
status display
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分类号
TD355
[矿业工程—矿井建设]
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