一種掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)及方法。所述系統(tǒng)包括掘進(jìn)機(jī)上安裝的傳感器、機(jī)載檢測(cè)系統(tǒng)、機(jī)載控制器、數(shù)據(jù)通訊模塊，掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)，其中掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)包括掘進(jìn)機(jī)虛擬操控臺(tái)、數(shù)據(jù)庫、虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口、掘進(jìn)機(jī)控制模型模塊、掘進(jìn)機(jī)工況參數(shù)監(jiān)測(cè)模塊、掘進(jìn)機(jī)虛擬樣機(jī)平臺(tái)。本發(fā)明解決了煤礦井下掘進(jìn)機(jī)工作環(huán)境粉塵大，噪音大，且操作人員難以掌握掘進(jìn)斷面具體狀況，缺乏掘進(jìn)機(jī)工況數(shù)據(jù)和位姿信息造成的控制盲目性，從而提升巷道掘進(jìn)質(zhì)量和安全性。本發(fā)明具有良好的交互性和真實(shí)感，設(shè)計(jì)合理，實(shí)用性強(qiáng)，推廣應(yīng)用價(jià)值高。
【專利說明】一種掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)及方法，尤其是涉及一種基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality)技術(shù)是近年來一項(xiàng)十分活躍的研究與應(yīng)用技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，從軍事到民用領(lǐng)域，已有許多的應(yīng)用系統(tǒng)，并且應(yīng)經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域中發(fā)揮著重要的作用。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，中國專利一種“掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控方法及系統(tǒng)”，專利號(hào)為201010274882.2，該專利技術(shù)方案通過機(jī)載控制器，遠(yuǎn)程控制器，激光指向儀，激光接收器，數(shù)字羅盤，無線網(wǎng)絡(luò)，無線中繼，有線網(wǎng)絡(luò)，分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)，無線中繼安放器等完成了遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)過程、工作狀態(tài)及動(dòng)態(tài)參數(shù)，高速無線數(shù)據(jù)傳輸，信息收集、整理與保存的工作。
[0004]中國專利一種“掘進(jìn)機(jī)虛擬實(shí)訓(xùn)操作教學(xué)儀及訓(xùn)練方法”，專利號(hào)為201010163364.3的專利，該專利技術(shù)方案通過計(jì)算機(jī)、顯示器、控制按鈕、控制手柄等完成受訓(xùn)人員的崗前培訓(xùn)。
[0005]中國專利一種“全斷面掘進(jìn)機(jī)虛擬施工系統(tǒng)”，專利號(hào)為201010241035.6，該專利技術(shù)方案通過立體投影系統(tǒng)、操縱控制臺(tái)等完成虛擬實(shí)驗(yàn)和操作培訓(xùn)。
[0006]由以上專利可以看出，目前掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程控制監(jiān)控方法依靠工況狀態(tài)、簡單位姿參數(shù)決策，或者簡單二維圖像顯示掘進(jìn)機(jī)工況信息，難以滿足掘進(jìn)過程中對(duì)設(shè)備控制決策的要求。實(shí)際生產(chǎn)中，掘進(jìn)工作面粉塵大、噪聲強(qiáng)，操作人員的視線受限，不能掌握掘進(jìn)斷面具體狀況，難以有效進(jìn)行掘進(jìn)過程正確決策。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在掘進(jìn)機(jī)方面的應(yīng)用也僅僅用在產(chǎn)品展示、虛擬實(shí)驗(yàn)或者培訓(xùn)。
[0007]借助虛擬現(xiàn)實(shí)、實(shí)時(shí)通信網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)，建立掘進(jìn)機(jī)虛擬樣機(jī)及工況場(chǎng)景虛擬場(chǎng)景，利用三維虛擬樣機(jī)技術(shù)再現(xiàn)掘進(jìn)過程的掘進(jìn)機(jī)工況和位姿關(guān)系，輔以專有的物理碰撞模型，為掘進(jìn)提供直觀的遠(yuǎn)程控制決策支持，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)過程的自動(dòng)化和智能化，為實(shí)現(xiàn)礦井生產(chǎn)少人、甚至無人化鑒定一定的基礎(chǔ)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是提供一種掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)及方法，解決煤礦井下掘進(jìn)機(jī)工作環(huán)境粉塵大，噪音大，且操作人員難以掌握掘進(jìn)斷面具體狀況，缺乏掘進(jìn)機(jī)工況數(shù)據(jù)和位置信息造成的控制盲目性，從而提升巷道掘進(jìn)質(zhì)量和安全性。本發(fā)明具有良好的交互性和真實(shí)感，設(shè)計(jì)合理，實(shí)用性強(qiáng)，推廣應(yīng)用價(jià)值高。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括掘進(jìn)機(jī)上安裝的傳感器、機(jī)載檢測(cè)系統(tǒng)、機(jī)載控制器、數(shù)據(jù)通訊模塊、掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)，其中掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)包括掘進(jìn)機(jī)虛擬操控臺(tái)、數(shù)據(jù)庫、虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口、掘進(jìn)機(jī)控制模型模塊、掘進(jìn)機(jī)工況參數(shù)監(jiān)測(cè)模塊、掘進(jìn)機(jī)虛擬樣機(jī)平臺(tái)；
[0010]所述傳感器包括工況傳感器和位姿傳感器。工況傳感器包括溫度傳感器(安裝在電控箱內(nèi)，檢測(cè)電控箱溫度的溫度)、振動(dòng)傳感器(安裝在掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)機(jī)械部位，檢測(cè)機(jī)身傳動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng))、壓力傳感器(安裝在設(shè)備車體上，檢測(cè)大氣壓力)、電壓、電流傳感器(安裝在系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電路部分，檢測(cè)電路的電壓和電流)；
[0011]位姿傳感器包括位移傳感器(安裝在截割頭伸縮油缸內(nèi)，測(cè)量出截割頭的伸縮量，用以確定截割頭當(dāng)前位置坐標(biāo))、三軸陀螺儀(可測(cè)量出掘進(jìn)機(jī)車身在慣性空間絕對(duì)坐標(biāo)系的位移量，作為前進(jìn)與后退的信息，也可測(cè)量車體與慣性空間絕對(duì)坐標(biāo)系三軸的角度，作為車體姿態(tài)信息)；
[0012]機(jī)載檢測(cè)系統(tǒng)用于采集掘進(jìn)機(jī)上安裝的位姿傳感器和工況傳感器數(shù)據(jù)，并傳遞給機(jī)載控制器；
[0013]機(jī)載控制器完成掘進(jìn)機(jī)本地控制、掘進(jìn)機(jī)主要部件工況參數(shù)的預(yù)處理和特征提??；
[0014]數(shù)據(jù)通訊模塊由機(jī)載控制器通訊模塊、現(xiàn)場(chǎng)總線或工業(yè)以太網(wǎng)組成，完成掘進(jìn)機(jī)工況參數(shù)和控制指令在控制器間的傳輸。
[0015]掘進(jìn)機(jī)虛擬操控臺(tái)由掘進(jìn)機(jī)控制器改裝而成，用于發(fā)送操控指令控制真實(shí)掘進(jìn)機(jī)和虛擬樣機(jī)。
[0016]數(shù)據(jù)庫為MYSQL數(shù)據(jù)庫，完成掘進(jìn)機(jī)工況參數(shù)和工作狀態(tài)采集數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)更新；
[0017]虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口為C++開發(fā)的虛擬樣機(jī)數(shù)據(jù)接口，完成多通道數(shù)據(jù)采集卡控制、MySQL數(shù)據(jù)庫讀寫和Quest3D各通道數(shù)據(jù)更新；
[0018]掘進(jìn)機(jī)控制模型模塊由開機(jī)定位模型、行駛狀態(tài)及軌跡調(diào)整模型、自動(dòng)斷面截割模型(針對(duì)矩形、梯形和半圓拱形巷道)組成，完成掘進(jìn)機(jī)定位、遠(yuǎn)程監(jiān)控和自動(dòng)斷面截割；
[0019]掘進(jìn)機(jī)工況參數(shù)監(jiān)測(cè)模塊用來將采集到的工況參數(shù)和位姿參數(shù)實(shí)時(shí)的顯示出來，反應(yīng)掘進(jìn)機(jī)的工作狀態(tài)和工況參數(shù)；
[0020]掘進(jìn)機(jī)虛擬樣機(jī)平臺(tái)為基于Quest3D開發(fā)的掘進(jìn)機(jī)虛擬仿真系統(tǒng)，完成掘進(jìn)機(jī)虛擬樣機(jī)和工作場(chǎng)景3D呈現(xiàn)、虛擬樣機(jī)模型動(dòng)態(tài)編程和掘進(jìn)機(jī)虛擬控制。
[0021]一種掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程控制方法，其特征在于:掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)的虛擬操控臺(tái)發(fā)送控制指令，一路控制指令通過數(shù)據(jù)通信模塊發(fā)給機(jī)載控制器，機(jī)載控制器接收并控制掘進(jìn)機(jī)；另一路控制指令通過虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口傳送到虛擬樣機(jī)平臺(tái)中驅(qū)動(dòng)掘進(jìn)機(jī)虛擬樣機(jī)與真實(shí)掘進(jìn)機(jī)同步運(yùn)動(dòng)。同時(shí)機(jī)載檢測(cè)系統(tǒng)將采集的傳感器工況和位姿參數(shù)傳遞給機(jī)載控制器，機(jī)載控制器進(jìn)行預(yù)處理后由數(shù)據(jù)通訊模塊上傳至掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)，并由數(shù)據(jù)庫形式進(jìn)行歸檔存儲(chǔ)；虛擬樣機(jī)平臺(tái)中的虛擬樣機(jī)通過虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口實(shí)時(shí)讀取數(shù)據(jù)庫中的真實(shí)掘進(jìn)機(jī)工作狀態(tài)數(shù)據(jù)，修正掘進(jìn)機(jī)控制模型模塊中的相關(guān)參數(shù)，對(duì)掘進(jìn)機(jī)虛擬樣機(jī)工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)校正，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)中的虛擬樣機(jī)和真實(shí)掘進(jìn)機(jī)工作狀態(tài)的真實(shí)再現(xiàn)。
[0022]具體控制過程如下:
[0023]第一步、借助Quest3D及C++軟件完成掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)的開發(fā)設(shè)計(jì)，完成掘進(jìn)機(jī)幾何模型建立以及場(chǎng)景的漫游，實(shí)時(shí)顯示掘進(jìn)機(jī)各種工作狀態(tài)，同時(shí)開發(fā)出虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口模塊和數(shù)據(jù)通訊模塊；[0024]第二步、機(jī)載控制器實(shí)時(shí)采集并預(yù)處理掘進(jìn)機(jī)工況參數(shù)及位姿參數(shù)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)工況數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和更新；
[0025]第三步、建立機(jī)載控制器和掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)通信，將預(yù)處理后的掘進(jìn)機(jī)工況參數(shù)及位姿參數(shù)信息上傳至掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)，采用MySQL數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)的歸檔、存儲(chǔ)；
[0026]第四步、借助虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口解析并傳輸虛擬操控臺(tái)發(fā)出的掘進(jìn)機(jī)控制指令，實(shí)現(xiàn)Quest3D平臺(tái)上掘進(jìn)機(jī)虛擬樣機(jī)的控制；
[0027]第五步、掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)通過虛擬操控臺(tái)控制真實(shí)掘進(jìn)機(jī)完成掘進(jìn)過程控制；
[0028]第六步、Quest3D平臺(tái)中虛擬樣機(jī)相應(yīng)通道實(shí)時(shí)讀取MySQL數(shù)據(jù)庫歸檔的真實(shí)掘進(jìn)機(jī)工況參數(shù)及位姿信息，對(duì)虛擬樣機(jī)平臺(tái)中的掘進(jìn)機(jī)虛擬樣機(jī)位姿、工況參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)校正，保證虛擬掘進(jìn)機(jī)反映真實(shí)掘進(jìn)機(jī)的有效性；
[0029]最后，循環(huán)執(zhí)行第二步至第六步，實(shí)現(xiàn)不同條件下的掘進(jìn)機(jī)工況參數(shù)實(shí)時(shí)檢測(cè)、工作狀態(tài)真實(shí)再現(xiàn)和遠(yuǎn)程控制。
[0030]本發(fā)明的有益效果
[0031]由于上述方案，虛擬操控臺(tái)將指令同時(shí)發(fā)給掘進(jìn)機(jī)及其虛擬樣機(jī)，通過虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口解析控制指令并傳遞給Quest3D平臺(tái)相應(yīng)通道，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)虛擬樣機(jī)綁定動(dòng)作。同時(shí)機(jī)載檢測(cè)系統(tǒng)采集掘進(jìn)機(jī)工況數(shù)據(jù)，傳輸給機(jī)載控制器，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理和分析，通過數(shù)據(jù)通訊模塊最終傳輸?shù)骄蜻M(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行歸檔。讀取掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)中的數(shù)據(jù)庫，實(shí)時(shí)更新和顯示掘進(jìn)機(jī)虛擬樣機(jī)工況數(shù)據(jù)和位姿等信息，保證掘進(jìn)工作面掘進(jìn)機(jī)和掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)中的虛擬樣機(jī)控制模型信息的一致性。
[0032]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)勢(shì):
[0033]1、本發(fā)明利用機(jī)載檢測(cè)系統(tǒng)提供的掘進(jìn)機(jī)工況參數(shù)實(shí)時(shí)修正掘進(jìn)機(jī)虛擬樣機(jī)控制模型，實(shí)時(shí)掘進(jìn)機(jī)履帶行走、截割頭升降回轉(zhuǎn)伸縮、星輪正反轉(zhuǎn)、運(yùn)輸機(jī)正反轉(zhuǎn)、后支撐升降等直觀再現(xiàn)。
[0034]2、依據(jù)掘進(jìn)機(jī)實(shí)時(shí)工況數(shù)據(jù)和位姿等信息，操作人員利用虛擬操控平臺(tái)實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程控制，改善了生產(chǎn)環(huán)境。
[0035]3、本發(fā)明建立了虛擬樣機(jī)控制模型模塊，可在遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)上對(duì)掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行可視化控制，解決了煤礦井下掘進(jìn)機(jī)工作環(huán)境粉塵大，噪音大，操作人員難以掌握掘進(jìn)斷面具體狀況，缺乏掘進(jìn)機(jī)工況數(shù)據(jù)和位置信息造成的控制盲目性。
[0036]3、本發(fā)明具有良好的掘進(jìn)環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)感和良好的交互性，使得操作人員能夠及時(shí)、直觀掌握掘進(jìn)機(jī)和工作現(xiàn)場(chǎng)空間信息，有效提升了巷道掘進(jìn)技術(shù)水平和生產(chǎn)安全性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0037]圖1是本發(fā)明的工作原理框圖。
[0038]圖2是本發(fā)明的系統(tǒng)組成框圖。
[0039]圖3是本發(fā)明的掘進(jìn)機(jī)控制模型模塊框圖。
[0040]圖4是本發(fā)明的虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)接口實(shí)現(xiàn)框圖。
[0041]圖5是本發(fā)明的虛擬平臺(tái)構(gòu)建框圖。【具體實(shí)施方式】
[0042]如圖1所示，一種掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)工作原理:首先，一路控制指令通過數(shù)據(jù)通信模塊發(fā)給機(jī)載控制器，機(jī)載控制器接收并控制掘進(jìn)機(jī)；另一路控制指令通過虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口傳送到虛擬樣機(jī)平臺(tái)中驅(qū)動(dòng)掘進(jìn)機(jī)虛擬樣機(jī)與真實(shí)掘進(jìn)機(jī)同步運(yùn)動(dòng)。同時(shí)機(jī)載檢測(cè)系統(tǒng)將采集來的掘進(jìn)機(jī)工況數(shù)據(jù)傳遞給機(jī)載控制器，經(jīng)過分析處理后由數(shù)據(jù)通訊模塊將掘進(jìn)機(jī)工況數(shù)據(jù)傳遞給遠(yuǎn)端的掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行歸檔；掘進(jìn)機(jī)虛擬樣機(jī)平臺(tái)中的虛擬樣機(jī)通過虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口實(shí)時(shí)讀取數(shù)據(jù)庫中的真實(shí)掘進(jìn)機(jī)工作狀態(tài)數(shù)據(jù)，對(duì)掘進(jìn)機(jī)虛擬樣機(jī)工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)校正，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)中的虛擬樣機(jī)和真實(shí)掘進(jìn)機(jī)工況參數(shù)和位姿等信息的真實(shí)再現(xiàn)。
[0043]如圖2所示，一種掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)中的虛擬操控臺(tái)發(fā)出控制指令，通過多通道數(shù)據(jù)采集卡采集掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)上安裝的手柄或者搖桿等控制信號(hào)，一路控制指令通過數(shù)據(jù)通信模塊發(fā)給機(jī)載控制器，機(jī)載控制器接收并控制掘進(jìn)機(jī)；另一路控制指令通過虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)接口傳送到基于Quest3D的掘進(jìn)機(jī)虛擬樣機(jī)平臺(tái)，驅(qū)動(dòng)掘進(jìn)機(jī)虛擬樣機(jī)與真實(shí)掘進(jìn)機(jī)同步運(yùn)動(dòng)。同時(shí)機(jī)載檢測(cè)系統(tǒng)采集掘進(jìn)機(jī)傳感器數(shù)據(jù)，并傳遞給機(jī)載控制器，分析預(yù)處理后，經(jīng)數(shù)據(jù)通訊模塊將檢測(cè)信息特征值傳輸?shù)竭h(yuǎn)端的掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)，通過MySQL數(shù)據(jù)庫對(duì)各傳感器特征值數(shù)據(jù)進(jìn)行歸檔；掘進(jìn)機(jī)工況參數(shù)監(jiān)測(cè)模塊通過虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口將MySQL數(shù)據(jù)庫的工況參數(shù)顯示在虛擬樣機(jī)平臺(tái)中，完成對(duì)掘進(jìn)機(jī)工況參數(shù)和工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)；同時(shí)，運(yùn)行虛擬樣機(jī)控制模型模塊，實(shí)時(shí)讀取MySQL數(shù)據(jù)庫中存檔的真實(shí)掘進(jìn)機(jī)數(shù)據(jù)，并以此修正掘進(jìn)機(jī)控制模型的位姿、工況等參數(shù)，對(duì)掘進(jìn)機(jī)虛擬樣機(jī)工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)修正，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)中的虛擬樣機(jī)和真實(shí)掘進(jìn)機(jī)工況參數(shù)和位姿等信息的真實(shí)再現(xiàn)。
[0044]結(jié)合掘進(jìn)機(jī)虛擬控制需求選擇相應(yīng)的傳感器。傳感器可以分為工況傳感器和位姿傳感器。工況傳感器包括溫度傳感器(安裝在電控箱內(nèi)，檢測(cè)電控箱溫度的溫度)、振動(dòng)傳感器(安裝在掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)機(jī)械部位，檢測(cè)機(jī)身傳動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng))、壓力傳感器(安裝在設(shè)備車體上，檢測(cè)大氣壓力)、電壓、電流傳感器(安裝在系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電路部分，檢測(cè)電路的電壓和電流)。
[0045]位姿傳感器包括位移傳感器(安裝在截割頭伸縮油缸內(nèi)，測(cè)量出截割頭的伸縮量，用以確定截割頭當(dāng)前位置坐標(biāo))、三軸陀螺儀(可測(cè)量出掘進(jìn)機(jī)車身在慣性空間絕對(duì)坐標(biāo)系的位移量，作為前進(jìn)與后退的信息，也可測(cè)量車體與慣性空間絕對(duì)坐標(biāo)系三軸的角度，作為車體姿態(tài)信息)。
[0046]如圖3所示，本發(fā)明掘進(jìn)機(jī)控制模型模塊由開機(jī)定位模型、行駛狀態(tài)及軌跡調(diào)整模型、自動(dòng)斷面截割模型(針對(duì)矩形、梯形和半圓拱形巷道)組成，完成掘進(jìn)機(jī)定位、遠(yuǎn)程監(jiān)控和自動(dòng)斷面截割；對(duì)掘進(jìn)機(jī)機(jī)身、截割頭部分安裝的多個(gè)位移傳感器及三軸陀螺儀數(shù)據(jù)融合處理，完成掘進(jìn)機(jī)定位、遠(yuǎn)程監(jiān)控和自動(dòng)斷面截割，確定掘進(jìn)機(jī)工作狀態(tài)。
[0047]開機(jī)定位模型對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，設(shè)定慣性坐標(biāo)系原點(diǎn)，將掘進(jìn)任務(wù)依據(jù)初步的地質(zhì)等信息進(jìn)行建模，并以網(wǎng)格點(diǎn)坐標(biāo)形式耦合到慣性坐標(biāo)系。
[0048]行駛狀態(tài)及軌跡調(diào)整模型通過調(diào)用位移和陀螺儀數(shù)據(jù)，計(jì)算掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)速度(或位移)和位姿角度，與預(yù)先規(guī)劃的掘進(jìn)機(jī)控制參數(shù)進(jìn)行比較，按照比較結(jié)果決策掘進(jìn)機(jī)的控制，達(dá)到掘進(jìn)機(jī)運(yùn)動(dòng)控制和軌跡調(diào)整的目標(biāo)。
[0049]自動(dòng)斷面截割模型依據(jù)巷道形狀尺寸要求，形成慣性坐標(biāo)系中網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)，并計(jì)算出掘進(jìn)機(jī)完成網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)部位巷道成型掘進(jìn)時(shí)的機(jī)身和截割頭運(yùn)動(dòng)參數(shù)，作為虛擬掘進(jìn)機(jī)的控制指令。
[0050]如圖4所示，本發(fā)明虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口是:利用多通道數(shù)據(jù)采集卡所帶DLL函數(shù)、MySQL數(shù)據(jù)庫的API接口函數(shù)，實(shí)現(xiàn)按鍵或手柄狀態(tài)采集和解析，并建立和存儲(chǔ)指令解析結(jié)果到虛擬操控臺(tái)MySQL數(shù)據(jù)庫相應(yīng)字段。在Quest3D平臺(tái)中專用的MySQL數(shù)據(jù)庫連接通道實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的調(diào)用，將相應(yīng)指令與對(duì)應(yīng)的虛擬樣機(jī)進(jìn)行動(dòng)作綁定，實(shí)現(xiàn)了虛擬樣機(jī)動(dòng)作控制。
[0051]如圖5所示，掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)的搭建方法:首先，建立三維模型，根據(jù)相關(guān)規(guī)定和總體設(shè)計(jì)需求，在建模軟件MAYA中根據(jù)掘進(jìn)機(jī)型號(hào)完成3D建模和虛擬場(chǎng)景的建模。所建模型基于真實(shí)井下環(huán)境，為確保模型必要精確度和逼真度，通過添加不同功能的channel組，在場(chǎng)景中建立燈光、貼圖及攝像機(jī)。然后進(jìn)行模型動(dòng)態(tài)編程，將模型導(dǎo)入Quest3D進(jìn)行組裝，通過Quest3D內(nèi)部優(yōu)化Channel引擎，對(duì)仿真進(jìn)行優(yōu)化。最后在實(shí)時(shí)調(diào)用數(shù)據(jù)庫的工況數(shù)據(jù)完成功能搭建。
[0052]需要說明的是:以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對(duì)前述實(shí)例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行同等替換。
[0053]凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，其特征在于:所述系統(tǒng)包括掘進(jìn)機(jī)上安裝的傳感器、機(jī)載檢測(cè)系統(tǒng)、機(jī)載控制器、數(shù)據(jù)通訊模塊、掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)，其中掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)包括掘進(jìn)機(jī)虛擬操控臺(tái)、數(shù)據(jù)庫、虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口、掘進(jìn)機(jī)控制模型模塊、掘進(jìn)機(jī)工況參數(shù)監(jiān)測(cè)模塊、掘進(jìn)機(jī)虛擬樣機(jī)平臺(tái)； 所述傳感器包括工況傳感器和位姿傳感器；工況傳感器包括溫度傳感器、振動(dòng)傳感器、壓力傳感器、電壓、電流傳感器；位姿傳感器包括位移傳感器、三軸陀螺儀； 所述的機(jī)載檢測(cè)系統(tǒng)用于采集掘進(jìn)機(jī)上安裝的位姿傳感器和工況傳感器數(shù)據(jù)，并傳遞給機(jī)載控制器； 所述的機(jī)載控制器完成掘進(jìn)機(jī)本地控制、掘進(jìn)機(jī)主要部件工況參數(shù)的預(yù)處理和特征提??； 所述的數(shù)據(jù)通訊模塊由機(jī)載控制器通訊模塊、現(xiàn)場(chǎng)總線或工業(yè)以太網(wǎng)組成，完成掘進(jìn)機(jī)工況參數(shù)和控制指令在控制器間的傳輸； 所述的掘進(jìn)機(jī)虛擬操控臺(tái)用于發(fā)送操控指令，控制真實(shí)掘進(jìn)機(jī)和虛擬樣機(jī)； 所述的數(shù)據(jù)庫為MYSQL數(shù)據(jù)庫，完成掘進(jìn)機(jī)工況參數(shù)和工作狀態(tài)采集數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)更新； 所述的虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)接口為C++開發(fā)的虛擬樣機(jī)數(shù)據(jù)接口，完成多通道數(shù)據(jù)采集卡控制、MySQL數(shù)據(jù)庫讀寫和Quest3D各通道數(shù)據(jù)更新； 所述的掘進(jìn)機(jī)控制模型模塊由開機(jī)定位模型、行駛狀態(tài)及軌跡調(diào)整模型、自動(dòng)斷面截割模型組成，完成掘進(jìn)機(jī)定位、遠(yuǎn)程監(jiān)控和自動(dòng)斷面截割； 所述的掘進(jìn)機(jī)工況參數(shù)監(jiān)測(cè)模塊用來將傳感器采集到的工況參數(shù)和位姿參數(shù)實(shí)時(shí)的顯示出來，反應(yīng)掘進(jìn)機(jī)的工作狀態(tài)和工況參數(shù)； 所述的掘進(jìn)機(jī)虛擬樣機(jī)平臺(tái)為基于Quest3D開發(fā)的掘進(jìn)機(jī)虛擬仿真系統(tǒng)，完成掘進(jìn)機(jī)虛擬樣機(jī)和工作場(chǎng)景3D呈現(xiàn)、虛擬樣機(jī)模型動(dòng)態(tài)編程和掘進(jìn)機(jī)虛擬控制。
2.一種掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程控制方法，其特征在于:掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)的虛擬操控臺(tái)發(fā)送控制指令，一路控制指令通過數(shù)據(jù)通信模塊發(fā)給機(jī)載控制器，機(jī)載控制器接收并控制掘進(jìn)機(jī)；另一路控制指令通過虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口傳送到虛擬樣機(jī)平臺(tái)中驅(qū)動(dòng)掘進(jìn)機(jī)虛擬樣機(jī)與真實(shí)掘進(jìn)機(jī)同步運(yùn)動(dòng)；同時(shí)機(jī)載檢測(cè)系統(tǒng)將采集的傳感器工況和位姿參數(shù)傳遞給機(jī)載控制器，機(jī)載控制器進(jìn)行預(yù)處理后由數(shù)據(jù)通訊模塊上傳至掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)，并由數(shù)據(jù)庫形式進(jìn)行歸檔存儲(chǔ)；掘進(jìn)機(jī)虛擬樣機(jī)平臺(tái)中的虛擬樣機(jī)通過虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口實(shí)時(shí)讀取數(shù)據(jù)庫中的真實(shí)掘進(jìn)機(jī)工作狀態(tài)數(shù)據(jù)，修正掘進(jìn)機(jī)控制模型模塊中的相關(guān)參數(shù)，對(duì)掘進(jìn)機(jī)虛擬樣機(jī)工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)校正，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)中的虛擬樣機(jī)和真實(shí)掘進(jìn)機(jī)工作狀態(tài)的真實(shí)再現(xiàn)。
3.如權(quán)利要求2所述的一種掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程控制方法，其特征在于:虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口是利用多通道數(shù)據(jù)采集卡所帶DLL函數(shù)、MySQL數(shù)據(jù)庫的API接口函數(shù)，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)虛擬操控臺(tái)按鍵或手柄狀態(tài)的采集和解析，并建立和存儲(chǔ)指令解析結(jié)果到MySQL數(shù)據(jù)庫相應(yīng)字段；在Quest3D平臺(tái)中利用MySQL數(shù)據(jù)庫連接通道實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的調(diào)用，將相應(yīng)指令與對(duì)應(yīng)的虛擬樣機(jī)進(jìn)行動(dòng)作綁定，實(shí)現(xiàn)虛擬樣機(jī)動(dòng)作控制。
4.如權(quán)利要求2所述的一種掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程控制方法，其特征在于: 第一步、借助Quest3D及C++軟件完成掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)的開發(fā)設(shè)計(jì)，完成掘進(jìn)機(jī)幾何模型建立以及場(chǎng)景的漫游，實(shí)時(shí)顯示掘進(jìn)機(jī)各種工作狀態(tài)，同時(shí)開發(fā)出虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口模塊和數(shù)據(jù)通訊模塊； 第二步、機(jī)載控制器實(shí)時(shí)采集并預(yù)處理掘進(jìn)機(jī)工況參數(shù)及位姿參數(shù)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)工況數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和更新； 第三步、建立機(jī)載控制器和掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)通信，將預(yù)處理后的掘進(jìn)機(jī)工況參數(shù)及位姿參數(shù)信息上傳至掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)，采用MySQL數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)的歸檔、存儲(chǔ)； 第四步、借助虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口解析并傳輸虛擬操控臺(tái)發(fā)出的掘進(jìn)機(jī)控制指令，實(shí)現(xiàn)Quest3D平臺(tái)上掘進(jìn)機(jī)虛擬樣機(jī)的控制； 第五步、掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)通過虛擬操控臺(tái)控制真實(shí)掘進(jìn)機(jī)完成掘進(jìn)過程控制； 第六步、Quest3D平臺(tái)中虛擬樣機(jī)相應(yīng)通道實(shí)時(shí)讀取MySQL數(shù)據(jù)庫歸檔的真實(shí)掘進(jìn)機(jī)工況參數(shù)及位姿信息，對(duì)虛擬樣機(jī)平臺(tái)中的掘進(jìn)機(jī)虛擬樣機(jī)位姿、工況參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)校正，保證虛擬掘進(jìn)機(jī)反映真實(shí)掘進(jìn)機(jī)的有效性； 最后，循環(huán)執(zhí)行第二步至第六步，實(shí)現(xiàn)不同條件下的掘進(jìn)機(jī)工況參數(shù)實(shí)時(shí)檢測(cè)、工作狀態(tài)真實(shí)再現(xiàn)和遠(yuǎn)程控制。
【文檔編號(hào)】E21C35/24GK103867205SQ201410086340
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2014年3月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月11日
【發(fā)明者】張旭輝, 馬宏偉, 王天龍, 權(quán)振林, 趙友軍, 姜俊英, 曹現(xiàn)剛 申請(qǐng)人:西安科技大學(xué)