一种掘进机器人数字孪生交互方法及系统技术方案

本发明专利技术提出了一种掘进机器人数字孪生交互方法及系统，该方法，包括：获取全站仪的零位以及棱镜在大地坐标系下的坐标；根据获取的坐标数据，将掘进机的坐标和巷道断面的坐标统一到大地坐标系；应用数字孪生技术，将掘进机以及巷道断面的三维动态模型进行实时展示；对掘进机的位置、姿态信息以及掘进机的运行状态信息进行实时解算和分析，结合三维动态巷道模型，对掘进机的运行进行闭环控制。本发明专利技术能够实现掘进机在巷道内的数字孪生，解决了目前掘进机远程控制时掘进工作面现场情况不可视、掘进机及截割头的空间位置难以获取的问题，为掘进机的智能控制奠定了基础。进机的智能控制奠定了基础。进机的智能控制奠定了基础。

【技术实现步骤摘要】
一种掘进机器人数字孪生交互方法及系统


[0001]本专利技术属于数字孪生
，尤其涉及一种掘进机器人数字孪生交互方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]目前国内外部分比较先进的悬臂式掘进机能够在机身坐标固定、姿态不变的情况下进行自动截割，但由于掘进机在掘进过程中受巷道拐弯、变坡及岩石冲击扰动，机身坐标及姿态不断变化，所以在现场无法真正实现自动截割。部分厂家通过摄像机、红外摄像机、热成像仪来实时监测断面情况辅助工人进行远程遥控操作，虽然掘进机已经能够实现远程控制，但由于未能实现地下空间的自主测量和定位，无法建立掘进机自身位姿和巷道之间的位置关系，无法自动感知和定位周围环境，因此只能依靠视频进行作业，无法实现自动精确开采。同时由于现场粉尘、水汽比较大，造成摄像机、热成像、乃至激光技术在截割过程中仍然不能透视，工作效率低。因此，掘进机远程控制时掘进工作面不可见、不透明、掘进机及截割头的空间位置和姿态难以获取是需要解决的问题。

技术实现思路

[0004]为克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种掘进机器人数字孪生交互方法及系统。
[0005]为实现上述目的，本专利技术的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
[0006]本专利技术第一方面提供了一种掘进机器人数字孪生交互方法，包括：
[0007]获取全站仪的零位以及棱镜在大地坐标系下的坐标；
[0008]根据获取的坐标数据，将掘进机的坐标和巷道断面的坐标统一到大地坐标系；
[0009]应用数字孪生技术，将掘进机以及巷道断面的三维动态模型进行实时展示；
[0010]对掘进机的位置、姿态信息以及掘进机的运行状态信息进行实时解算和分析，结合三维动态巷道模型，对掘进机的运行进行闭环控制。
[0011]本专利技术第二方面提供了一种掘进机器人数字孪生交互系统，包括：
[0012]坐标获取模块，被配置为：获取全站仪的零位以及棱镜在大地坐标系下的坐标；
[0013]坐标转换模块，被配置为：根据获取的坐标数据，将掘进机的坐标和巷道断面的坐标统一到大地坐标系；
[0014]三维模型建立模块，被配置为：应用数字孪生技术，模拟掘进机、截割头的空间位置及断面的变化情况，将掘进机以及的巷道断面的三维动态模型进行实时展示；
[0015]闭环控制模块，被配置为：对掘进机的位置、姿态信息以及掘进机的运行状态信息进行实时解算和分析，结合三维动态巷道模型，对掘进机的运行进行闭环控制。
[0016]本专利技术第三方面提供了计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器
执行时实现如本专利技术第一方面所述的一种掘进机器人数字孪生交互方法中的步骤。
[0017]本专利技术第四方面提供了电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本专利技术第一方面所述的一种掘进机器人数字孪生交互方法中的步骤。
[0018]以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
[0019]本专利技术能够实现掘进机在巷道内的数字孪生，解决了目前掘进机远程控制时掘进工作面现场情况不可视、掘进机及截割头的空间位置难以获取的问题，为掘进机的智能控制奠定了基础；
[0020]本专利技术附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0021]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0022]图1为第一个实施例的方法流程图。
[0023]图2为第一个实施例的掘进机的实时定位过程示意图。
[0024]图3为第一个实施例的巷道断面建模示意图。
具体实施方式
[0025]实施例一
[0026]如图1所示，本实施例公开了一种掘进机器人数字孪生交互方法，包括：
[0027]步骤1、获取全站仪的零位以及棱镜在大地坐标系下的坐标；
[0028]步骤2、根据获取的坐标数据，将掘进机的坐标和巷道断面的坐标统一到大地坐标系；
[0029]步骤3、应用数字孪生技术，将掘进机以及巷道断面的三维动态模型进行实时展示；
[0030]步骤4、对掘进机的位置、姿态信息以及掘进机的运行状态信息进行实时解算和分析，结合三维动态巷道模型，对掘进机的运行进行闭环控制。
[0031]如图2所示，在步骤1中，获取全站仪的零位以及棱镜在大地坐标系下的坐标，具体包括：
[0032]利用全站仪测得定位箱上的第一棱镜在大地坐标系下的坐标以及掘进机上的第二棱镜在大地坐标系下的坐标。
[0033]将定位箱移动到掘进机后方某处固定好，利用巷道后方至少两个已知导线点的大地坐标系的坐标，由测量人员操作站点处的全站仪在已知点的前方某一位置设站，测量出全站仪的零位在大地坐标系下的坐标；
[0034]再将全站仪进行反转对定位箱上的第一棱镜进行测量，从而测得第一棱镜在大地坐标系下的坐标(x1，y1，z1)；
[0035]在掘进机车体的后部某个固定位置安装一个棱镜(以下称第二棱镜)，利用定位箱测量出第二棱镜在大地坐标系下的坐标(x2，y2，z2)，从而实现在大地坐标系中实时追踪掘
进机车体上一点的坐标。
[0036]在步骤2中，根据获取的坐标数据，将掘进机的坐标统一到大地坐标系，具体包括：
[0037]由于掘进机的机械参数是固定的，因此第二棱镜与掘进机回转中心在三维空间上的相对位置(
△
xa，
△
ya，
△
za)是固定的，利用惯性导航技术测量掘进机车体在大地坐标系下的航向和姿态，即可由第二棱镜在大地坐标系下的坐标(x2，y2，z2)推导出掘进机回转中心在大地坐标系下的坐标(x3，y3，z3)；
[0038]再通过行程传感器测量炮头伸缩油缸、升降油缸、回转油缸、铲板油缸、后支撑油缸的行程，根据掘进机的机械参数就可计算出掘进机上任意一点在大地坐标系下的坐标(x4，y4，z4)。
[0039]如图3所示，将巷道断面的坐标统一到大地坐标系，具体包括：
[0040]获取煤层顶板的几何参数：
[0041]假设要掘进的断面垂直于地平面，设计巷道形状为矩形，净宽为a，沿煤层顶板掘进没有变坡，顶板向下净高为b，每个循环截割深度为c，中线方位角为γ，偏中线与右帮垂直距离为d；
[0042]获取断面偏中线上贴近断面处悬挂的第三棱镜到煤层顶板的垂直距离以及第三棱镜在大地坐标系下的坐标：
[0043]在要掘进的断面前挂偏中线，偏中线上贴近断面处悬挂一个棱镜(以下称第三棱镜)，人工测量第三棱镜到顶板的垂直距离e，利用前述的定位装置测量第三棱镜在大地坐标系下的坐标(x5，y5，z5)；
[0044]依据上述参数计算本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种掘进机器人数字孪生交互方法，其特征在于，包括：获取全站仪的零位以及棱镜在大地坐标系下的坐标；根据获取的坐标数据，将掘进机的坐标和巷道断面的坐标统一到大地坐标系；应用数字孪生技术，将掘进机以及巷道断面的三维动态模型进行实时展示；对掘进机的位置、姿态信息以及掘进机的运行状态信息进行实时解算和分析，结合三维动态巷道模型，对掘进机的运行进行闭环控制。2.如权利要求1所述的一种掘进机器人数字孪生交互方法，其特征在于，所述的获取全站仪的零位以及棱镜在大地坐标系下的坐标，包括：将定位箱固定在掘进机后方某一位置，通过遂道后方至少两个已知点的大地坐标系的坐标，获取全站仪的零位在大地坐标系下的坐标；利用全站仪测得定位箱上的第一棱镜在大地坐标系下的坐标以及掘进机上的第二棱镜在大地坐标系下的坐标。3.如权利要求1所述的一种掘进机器人数字孪生交互方法，其特征在于，所述的根据获取的坐标数据，将掘进机的坐标统一到大地坐标系，包括：利用惯性导航技术获取掘进机在大地坐标系下的航向和姿态；利用坐标变换算法，计算出掘进机回转中心在大地坐标系下的坐标；根据掘进机油缸行程数据以及掘进机的机械参数，计算掘进机上任意一点在大地坐标系下的坐标。4.如权利要求1所述的一种掘进机器人数字孪生交互方法，其特征在于，所述的将巷道断面的坐标统一到大地坐标系，包括：获取煤层顶板的几何参数；获取断面偏中线上贴近断面处悬挂的第三棱镜到煤层顶板的垂直距离以及第三棱镜在大地坐标系下的坐标；依据上述参数计算出巷道断面上任意一点在大地坐标系下的坐标。5.如权利要求4所述的一种掘进机器人数字孪生交互方法，其特征在于，所述获取煤层顶板的几何参数，包括：获取巷道的净宽，煤层顶板向下净高，每个循环截割深度，中线方位角以及偏中线与右帮垂直距离。6.如权利要求1所述的一种掘进机器人数字孪生交互方法，其特征在于，所述应用数字孪...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏民，石泉，孙常军，郑洪涛，牛聪，赵峰，宋本杨，
申请(专利权)人：山东新矿信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：