悬臂式掘进机远程虚拟操控系统研究

张旭辉^1,2，魏倩楠¹，王妙云¹，张雨萌¹，杜昱阳^1,2，吕欣媛¹

1. 西安科技大学机械工程学院2. 陕西省矿山机电装备智能监测重点实验室

摘 要：为解决悬臂式掘进机远程控制中存在的控制距离短及高粉尘和高水雾而导致操作人员劳动强度过大,无法真正脱离井下恶劣环境等问题,提出一种悬臂式掘进机虚拟远程操控系统,将虚拟现实技术运用到悬臂式掘进机远程控制中,实现虚拟设备与井下设备同步运动,虚拟模型数据驱动和动态修正等功能。首先,对悬臂式掘进机的机身与截割部进行姿态解析,在Unity 3D开发平台中实现悬臂式掘进机的运动仿真;其次,对可视化人机交互控制进行设计,建立虚拟交互界面,为远程操控者提供可视化控制决策依据,使操作者能在虚拟可视化平台中对悬臂式掘进机进行控制,对关键部位动态修正方法进行解释说明;最后,通过试验验证实时状态下掘进机截割臂在虚拟界面与真实情况下位姿的对比,利用悬臂式掘进机虚拟远程操控系统控制设备截割一个断面,同时采集真实设备与虚拟设备的位姿数据,对两者的截割轨迹进行比较。结果表明:两者截割轨迹重合度达到99.6%,虚拟悬臂式掘进机能够实时准确地呈现真实悬臂式掘进机的位姿状态与变化,对于井下机械设备虚拟远程控制提供理论支撑与应用实践。

关键词：虚拟现实;悬臂式掘进机;运动仿真;远程操控;动态修正;