【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及煤礦設(shè)備控制，特別是指掘錨一體機(jī)提升機(jī)構(gòu)數(shù)字孿生構(gòu)建系統(tǒng)及其路徑規(guī)劃方法。
技術(shù)介紹
1、對于掘進(jìn)工作面支護(hù)作業(yè)，錨桿支護(hù)是一種永久性、高安全性的支護(hù)方式，錨桿支護(hù)工藝復(fù)雜、工序繁多、人工需求量大、支護(hù)耗費(fèi)時(shí)間過長，很多環(huán)節(jié)都沒有實(shí)現(xiàn)機(jī)械化自動(dòng)化，其支護(hù)效率很大程度上決定了巷道的掘進(jìn)效率，成為制約掘進(jìn)工作面自動(dòng)化水平的主要因素之一。
2、目前，掘進(jìn)工作面用工數(shù)量及工作強(qiáng)度一直居高不下，煤礦井下勞動(dòng)密集、災(zāi)害事故高發(fā)，支護(hù)速度明顯滯后于掘進(jìn)速度。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)要解決的技術(shù)問題是提供掘錨一體機(jī)提升機(jī)構(gòu)數(shù)字孿生構(gòu)建系統(tǒng)及其路徑規(guī)劃方法，對側(cè)幫鉆架提升機(jī)構(gòu)自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)側(cè)幫鉆架提升機(jī)構(gòu)高度自動(dòng)定位、最優(yōu)路徑的自動(dòng)規(guī)劃，縮短側(cè)幫鉆架提升機(jī)構(gòu)高度定位的時(shí)間，提高支護(hù)作業(yè)效率。
2、為解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)的技術(shù)方案如下：
3、第一方面，掘錨一體機(jī)提升機(jī)構(gòu)數(shù)字孿生構(gòu)建系統(tǒng)，包括：
4、中央控制系統(tǒng)，用于自動(dòng)識別與側(cè)幫鉆架提升機(jī)構(gòu)高度相關(guān)的信息，并根據(jù)與側(cè)幫鉆架提升機(jī)構(gòu)高度相關(guān)的信息，自動(dòng)規(guī)劃側(cè)幫鉆架提升機(jī)構(gòu)定位高度的路徑，并通過can通信發(fā)送最終決策至次控制器，驅(qū)動(dòng)電磁閥控制相關(guān)機(jī)構(gòu)動(dòng)作；
5、信息感知系統(tǒng)，用于獲取傳感器和電磁閥信息，并根據(jù)傳感器和電磁閥信息，測量正向進(jìn)給油缸行程和負(fù)向進(jìn)給油缸行程；
6、人機(jī)交互系統(tǒng)，用于實(shí)時(shí)顯示故障信息、人機(jī)交互設(shè)備與控制器通信狀態(tài)、主控制器與次控制器
7、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，用于構(gòu)建數(shù)字孿生系統(tǒng)與中央控制系統(tǒng)、信息感知系統(tǒng)的信息交互通道，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和遠(yuǎn)程監(jiān)控；
8、數(shù)字孿生系統(tǒng)，用于分析各傳感器信息，將側(cè)幫鉆架提升機(jī)構(gòu)的姿態(tài)在上位機(jī)上呈現(xiàn)。
9、進(jìn)一步的，所述中央控制系統(tǒng)包括：
10、主控制器，用于識別與側(cè)幫鉆架提升機(jī)構(gòu)高度相關(guān)的信息，并根據(jù)與側(cè)幫鉆架提升機(jī)構(gòu)高度相關(guān)的信息，規(guī)劃側(cè)幫鉆架提升機(jī)構(gòu)定位高度的路徑；
11、次控制器，用于通過can通信獲取所述主控制器發(fā)送的控制指令，并根據(jù)所述控制指令驅(qū)動(dòng)電磁閥控制相關(guān)機(jī)構(gòu)動(dòng)作，控制側(cè)幫鉆架提升機(jī)構(gòu)正向進(jìn)給以及負(fù)向油缸升降。
12、進(jìn)一步的，所述信息感知系統(tǒng)包括：
13、第一位移傳感器，設(shè)置于正向進(jìn)給油缸內(nèi)，用于測量正向進(jìn)給油缸行程信號；
14、第二位移傳感器，設(shè)置于負(fù)向進(jìn)給油缸內(nèi)，用于獲取負(fù)向進(jìn)給油缸行程信號，其中，正向進(jìn)給油缸行程信號和負(fù)向進(jìn)給油缸行程信號經(jīng)轉(zhuǎn)換調(diào)理后傳輸至模擬量輸入端子模塊，所述模擬量輸入端子模塊將正向進(jìn)給油缸行程信號和負(fù)向進(jìn)給油缸行程信號傳輸至主控制器。
15、進(jìn)一步的，所述第一位移傳感器和第二位移傳感器均輸出4-20ma信號。
16、進(jìn)一步的，所述信息感知系統(tǒng)還包括操作系統(tǒng)，所述操作系統(tǒng)包括：
17、本機(jī)操作面板，設(shè)置于操作臺內(nèi)；
18、遙控系統(tǒng)，包括接收裝置及遙控操作面板，接收裝置設(shè)置于主控制器側(cè)面，當(dāng)本機(jī)操作面板操作時(shí)，所述本機(jī)操作面板發(fā)出控制指令后通過can通訊發(fā)送到主控制器中；當(dāng)遙控操作面板操作時(shí)，所述遙控操作面板控制指令以無線或有線方式發(fā)送至接收裝置，接收裝置將接收指令通過can通訊轉(zhuǎn)發(fā)送至主控制器中，所述主控制器根據(jù)接收指令對相關(guān)信息進(jìn)行處理，并將處理結(jié)果發(fā)送給相應(yīng)執(zhí)行控制器。
19、進(jìn)一步的，所述電磁閥一端接入次控制器，另一端接入正向進(jìn)給油缸和負(fù)向進(jìn)給油缸的液壓控制管路，所述主控制器通過can通訊將油缸動(dòng)作指令發(fā)送給次控制器，所述次控制器控制電磁閥實(shí)現(xiàn)油缸的伸縮動(dòng)作。
20、第二方面，掘錨一體機(jī)提升機(jī)構(gòu)數(shù)字孿生構(gòu)建系統(tǒng)的路徑規(guī)劃方法，所述方法包括：
21、獲取掘錨一體機(jī)機(jī)載側(cè)幫鉆架提升機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特征、結(jié)構(gòu)以及功能，建立多組件關(guān)聯(lián)的孿生體；
22、根據(jù)多組件關(guān)聯(lián)的孿生體，初始化設(shè)置側(cè)幫鉆架提升機(jī)構(gòu)自動(dòng)定位參數(shù)信息；
23、根據(jù)多組件關(guān)聯(lián)的孿生體，獲取人機(jī)交互各界面；
24、根據(jù)人機(jī)交互各界面，向側(cè)幫鉆架提升機(jī)構(gòu)發(fā)送動(dòng)作命令，并獲取初始化后的參數(shù)信息；
25、根據(jù)動(dòng)作命令以及初始參數(shù)信息，進(jìn)行不同情況下的路徑規(guī)劃；
26、根據(jù)不同情況下的路徑規(guī)劃，自動(dòng)定位至設(shè)定高度，標(biāo)識任務(wù)已完成狀態(tài)。
27、進(jìn)一步的，所述參數(shù)信息，具體包括初始零位高度hz、目標(biāo)高度hs、正向油缸最大位移ls、正向油缸進(jìn)給速度ss、負(fù)向油缸最大位移ll、負(fù)向油缸進(jìn)給速度sl、正向油缸位移貢獻(xiàn)系數(shù)rs和負(fù)向油缸位移貢獻(xiàn)系數(shù)rl。
28、進(jìn)一步的，所述人機(jī)交互各界面上顯示有故障信息界面和通信狀態(tài)界面；
29、所述故障信息界面包括正向進(jìn)給油缸第一位移傳感器是否存在連接故障以及負(fù)向進(jìn)給油缸第二位移傳感器是否存在連接故障；
30、所述通信狀態(tài)界面包括人機(jī)交互設(shè)備與控制器通信狀態(tài)是否正常、主控制器與次控制器通信狀態(tài)是否正常、本安操作面板與主控制器通信狀態(tài)是否正常、遙控操作面板與遙控接收裝置通信狀態(tài)是否正常以及遙控接收裝置與主控制器通信狀態(tài)是否正常。
31、進(jìn)一步的，根據(jù)不同情況下的路徑規(guī)劃，包括：
32、計(jì)算側(cè)幫鉆架提升機(jī)構(gòu)當(dāng)前提升高度hl＝hz+y1l×rs-y2l×rl，其中，y1l為正向油缸位移，y2l為負(fù)向油缸位移；
33、根據(jù)當(dāng)前提升高度hl，判斷當(dāng)前提升高度hl與目標(biāo)高度hs的關(guān)系；
34、根據(jù)當(dāng)前提升高度hl與目標(biāo)高度hs的關(guān)系，規(guī)劃目標(biāo)定位高度的路徑。
35、本專利技術(shù)的上述方案至少包括以下有益效果：
36、本專利技術(shù)的上述方案，構(gòu)建側(cè)幫鉆架提升機(jī)構(gòu)數(shù)字孿生體，縮短側(cè)幫鉆架提升機(jī)構(gòu)的自動(dòng)定位時(shí)間，實(shí)現(xiàn)對側(cè)幫鉆架提升機(jī)構(gòu)定位路徑的自動(dòng)規(guī)劃、鉆架工作姿態(tài)的遠(yuǎn)程可視化呈現(xiàn)，路徑提高煤礦巷道側(cè)幫錨桿支護(hù)效率。
37、通過數(shù)字孿生構(gòu)建，將掘錨一體機(jī)側(cè)幫鉆架在上位機(jī)三維畫面中進(jìn)行一對一等比例孿生，形成可視可控的掘錨一體機(jī)機(jī)載側(cè)幫鉆架；通過采集側(cè)幫鉆架傳感器信息，對側(cè)幫鉆架提升機(jī)構(gòu)自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)側(cè)幫鉆架提升機(jī)構(gòu)高度自動(dòng)定位、最優(yōu)路徑的自動(dòng)規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)對掘錨一體機(jī)機(jī)載側(cè)幫鉆架工作姿態(tài)的臨場感應(yīng)、遠(yuǎn)程監(jiān)控，縮短側(cè)幫鉆架提升機(jī)構(gòu)高度定位的時(shí)間，提高支護(hù)作業(yè)效率，改善勞動(dòng)者作業(yè)環(huán)境，提高煤礦開采自動(dòng)化、智能化水平。
本文檔來自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.掘錨一體機(jī)提升機(jī)構(gòu)數(shù)字孿生構(gòu)建系統(tǒng)，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掘錨一體機(jī)提升機(jī)構(gòu)數(shù)字孿生構(gòu)建系統(tǒng)，其特征在于，所述中央控制系統(tǒng)包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的掘錨一體機(jī)提升機(jī)構(gòu)數(shù)字孿生構(gòu)建系統(tǒng)，其特征在于，所述信息感知系統(tǒng)包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的掘錨一體機(jī)提升機(jī)構(gòu)數(shù)字孿生構(gòu)建系統(tǒng)，其特征在于，所述第一位移傳感器和第二位移傳感器均輸出4-20mA信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的掘錨一體機(jī)提升機(jī)構(gòu)數(shù)字孿生構(gòu)建系統(tǒng)，其特征在于，所述信息感知系統(tǒng)還包括操作系統(tǒng)，所述操作系統(tǒng)包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的掘錨一體機(jī)提升機(jī)構(gòu)數(shù)字孿生構(gòu)建系統(tǒng)，其特征在于，所述電磁閥一端接入次控制器，另一端接入正向進(jìn)給油缸和負(fù)向進(jìn)給油缸的液壓控制管路，所述主控制器通過CAN通訊將油缸動(dòng)作指令發(fā)送給次控制器，所述次控制器控制電磁閥實(shí)現(xiàn)油缸的伸縮動(dòng)作。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的掘錨一體機(jī)提升機(jī)構(gòu)數(shù)字孿生構(gòu)建系統(tǒng)的路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述方法包括：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的掘錨一體機(jī)提升
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的掘錨一體機(jī)提升機(jī)構(gòu)數(shù)字孿生構(gòu)建系統(tǒng)的路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述人機(jī)交互各界面上顯示有故障信息界面和通信狀態(tài)界面；
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的掘錨一體機(jī)提升機(jī)構(gòu)數(shù)字孿生構(gòu)建系統(tǒng)的路徑規(guī)劃方法，其特征在于，根據(jù)不同情況下的路徑規(guī)劃，包括：
...【技術(shù)特征摘要】
1.掘錨一體機(jī)提升機(jī)構(gòu)數(shù)字孿生構(gòu)建系統(tǒng)，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掘錨一體機(jī)提升機(jī)構(gòu)數(shù)字孿生構(gòu)建系統(tǒng)，其特征在于，所述中央控制系統(tǒng)包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的掘錨一體機(jī)提升機(jī)構(gòu)數(shù)字孿生構(gòu)建系統(tǒng)，其特征在于，所述信息感知系統(tǒng)包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的掘錨一體機(jī)提升機(jī)構(gòu)數(shù)字孿生構(gòu)建系統(tǒng)，其特征在于，所述第一位移傳感器和第二位移傳感器均輸出4-20ma信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的掘錨一體機(jī)提升機(jī)構(gòu)數(shù)字孿生構(gòu)建系統(tǒng)，其特征在于，所述信息感知系統(tǒng)還包括操作系統(tǒng)，所述操作系統(tǒng)包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的掘錨一體機(jī)提升機(jī)構(gòu)數(shù)字孿生構(gòu)建系統(tǒng)，其特征在于，所述電磁閥一端接入次控制器，另一端接入正向進(jìn)給油缸和負(fù)向進(jìn)給油缸的液壓控制管路，所述主控制器通過can通訊將油缸動(dòng)作指令發(fā)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：程鳳霞，金江，原鋼，鮑文亮，焦曉峰，王威，趙海偉，馮化，馮利，靳明智，王嬋娟，王強(qiáng)，田克君，金雪琪，李杰，
申請(專利權(quán))人：山西天地煤機(jī)裝備有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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