發(fā)布時(shí)間：2020-01-26 06:22

【摘要】：在傳統(tǒng)掘進(jìn)工作面施工中,依靠操作人員的經(jīng)驗(yàn)和目測方法實(shí)現(xiàn)巷道成形作業(yè)存在很大難度。近年來國內(nèi)外掘進(jìn)自動(dòng)化作業(yè)控制系統(tǒng)研究突破性不足。井下掘進(jìn)中的粉塵大、通風(fēng)難等問題,使得井下環(huán)境惡劣,掘進(jìn)工作面依靠視頻監(jiān)控方式難以獲得掘進(jìn)機(jī)位姿和掘進(jìn)工作面信息,導(dǎo)致工人勞動(dòng)強(qiáng)度大,且巷道走向定位難、成形截割質(zhì)量差。研制一種具有多維化信息環(huán)境交互能力的掘進(jìn)機(jī)虛擬操控系統(tǒng),具有重要的研究意義和應(yīng)用價(jià)值。本論文提出一種基于VR的掘進(jìn)作業(yè)遠(yuǎn)程操控與仿真系統(tǒng),以懸臂式掘進(jìn)機(jī)為研究對象,以實(shí)現(xiàn)懸臂式掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程操控與截割斷面軌跡規(guī)劃為目標(biāo),對懸臂式掘進(jìn)機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行分析與建模,研究截割頭軌跡生成理論,構(gòu)建虛擬操控仿真實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行功能測試。以懸臂式掘進(jìn)機(jī)為研究對象,根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際需求構(gòu)建井下全局坐標(biāo)系統(tǒng),依據(jù)掘進(jìn)機(jī)幾何結(jié)構(gòu)建立掘進(jìn)機(jī)機(jī)身子坐標(biāo)系統(tǒng),利用機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí),建立掘進(jìn)機(jī)截割頭運(yùn)動(dòng)學(xué)、掘進(jìn)機(jī)機(jī)身運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,計(jì)算掘進(jìn)機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)正問題與逆問題的解,獲得掘進(jìn)機(jī)控制量和截割頭位姿。根據(jù)巷道斷面尺寸與懸臂式掘進(jìn)機(jī)的功能,對巷道掘進(jìn)方式與工藝進(jìn)行研究,得出適合本系統(tǒng)的巷道掘進(jìn)工藝。以截割頭的形狀與結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),建立從截割頭大圓起始沿螺旋線安裝的第i個(gè)截齒的坐標(biāo),研究截割頭上的不同截齒所截割成的截割斷面范圍,從而確定巷道斷面輪廓的邊界點(diǎn),最終獲得截割頭中心點(diǎn)的軌跡,為掘進(jìn)機(jī)工作時(shí)能截割出符合要求的巷道斷面尺寸與形狀提供重要的保障。根據(jù)對綜掘工作面掘進(jìn)機(jī)工作現(xiàn)狀的分析,論文搭建掘進(jìn)機(jī)虛擬仿真平臺(tái),用以真實(shí)再現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)工作狀態(tài)與數(shù)據(jù)顯示,實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)虛擬控制所需操控?cái)?shù)據(jù)采集和傳輸,并結(jié)合掘進(jìn)機(jī)機(jī)身傳感器所采集到的井下掘進(jìn)機(jī)工況參數(shù),對虛擬掘進(jìn)機(jī)的位姿進(jìn)行動(dòng)態(tài)修正,更加真實(shí)的再現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)的工作狀態(tài),為掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程操作提供圖像與數(shù)據(jù)支持。
【圖文】：

利用手動(dòng)方式來操作手柄對掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行操控。因?yàn)槊旱V井下環(huán)境的特殊性，使得操作人員需要經(jīng)常面對大量的粉塵，存在嚴(yán)重?fù)p害人體健康的情況。因此，發(fā)展完善的掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程控制與監(jiān)視系統(tǒng)是煤礦單位的迫切的需求。如波蘭 EMAG 礦山電氣自動(dòng)化研究中心研制的監(jiān)控系統(tǒng)，便能夠監(jiān)控 SKD21 掘進(jìn)機(jī)運(yùn)行狀況[9]。國外新型掘進(jìn)機(jī)均配有完善的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，，可以在早期發(fā)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)設(shè)備出現(xiàn)的故障，并在第一時(shí)間可遠(yuǎn)程對故障進(jìn)行排除，極大地縮短掘進(jìn)機(jī)等設(shè)備的停機(jī)時(shí)間，提高掘進(jìn)機(jī)的開機(jī)率。在操控方面，近幾年國內(nèi)在懸臂式掘進(jìn)機(jī)的操控方面也有所發(fā)展。有人工操控、近點(diǎn)遙控、遠(yuǎn)程操控共三種控制方式。駕駛員在掘進(jìn)機(jī)操控臺(tái)上進(jìn)行操作，此方法對駕駛員傷害很大，并導(dǎo)致截割斷面超挖、欠挖情況多發(fā)，掘進(jìn)工作效率低下，進(jìn)而致使采掘失衡，嚴(yán)重影響了煤礦井下開采的組織節(jié)拍[10]；采用近點(diǎn)無線遙控，如遼寧省通用煤機(jī)裝備制造股份有限公司生產(chǎn)的具有近點(diǎn)遙控功能的 EBZ200H 型懸臂式掘進(jìn)機(jī)，駕駛員最遠(yuǎn)可以在距掘進(jìn)機(jī) 30 米處進(jìn)行遙控操作[11]。由于工作面環(huán)境原因，駕駛員不能看清現(xiàn)場情況，因此掘進(jìn)機(jī)操作者不能離現(xiàn)場太遠(yuǎn)，只能在掘進(jìn)機(jī)附近進(jìn)行遙控，駕駛員不能完全脫離惡劣環(huán)境；在對掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制方面，國內(nèi)還沒有較大發(fā)展。

圖 1.2 掘進(jìn)機(jī)近點(diǎn)遙控控方面，近幾年國內(nèi)大多數(shù)煤礦對井下作業(yè)掘進(jìn)機(jī)采用視頻監(jiān)式。視頻監(jiān)控主要是使用網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，通過以太網(wǎng)接口接入網(wǎng)的采集、壓縮和遠(yuǎn)程傳輸?shù)淖饔肹12]。掘進(jìn)機(jī)的遠(yuǎn)程控制大多是為下位機(jī)，遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)過程的自動(dòng)控制，以計(jì)算機(jī)作為上位485、RS-232 或 CAN 對可編程控制器 PLC 遠(yuǎn)程控制，用以完輸功能，利用界面編程軟件制作用戶操作界面，從而實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)攝像機(jī)監(jiān)控實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)操作狀態(tài)的顯示。可在實(shí)際運(yùn)用中，受井集來的圖像質(zhì)量差，圖像帶寬占用量大，且攝像機(jī)的視角有限的每個(gè)視點(diǎn)，而且攝像機(jī)監(jiān)控方式無法實(shí)現(xiàn)對掘進(jìn)機(jī)的動(dòng)作、
【學(xué)位授予單位】：西安科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TD632.2

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本文編號(hào)：2573230