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基于數字孿生的煤礦內蒙古掘進系統機器人糾偏控制研究!

2022-02-24 11:47:00

內蒙古掘進系統獨立糾偏控制是確保挖掘機器人準確定向行走和高質量巷道成型切割的重要前提,也是挖掘機器人智能化的關鍵技術之一。西安科技大學薛旭升博士團隊根據煤礦挖掘巷道的工作環境和工藝特點,采用機器視覺和數字雙胞胎技術設計了煤礦挖掘機器人糾偏控制系統。挖掘機器人糾偏控制功能要求。建立挖掘機器人的數字孿生模型,實現挖掘機器人的物理實體和虛擬樣機映射。實時顯示挖掘機器人的定位和定向參數,解決挖掘機器人的位置和方向,判斷當前的挖掘狀態(正常、挖、欠挖)并實時顯示。根據挖掘狀態和定位定向參數驅動挖掘機器人,實現虛實協同獨立糾偏控制。通過人機交互單元實現挖掘機器人的虛擬可視化遠程控制。

整體系統方案?;跀底蛛p胞胎的掘進機器人校正控制系統由數字模型、物理模型和人機交互控制單元組成(圖1)。數字模型主要包括車道數字模型和掘進機器人數字模型;物理模型主要包括掘進機器人樣機和視覺檢測系統;人機交互控制單元主要包括監控界面、數據庫和校正控制模型。視覺檢測系統實時感知工作面環境信息。校正控制模型根據系統提取的掘進車道空間特征參數和掘進機器人位置信息解決控制參數,內蒙古掘進系統設備上傳到數據庫,通過虛擬現實映射關系驅動數字模型,將虛擬現實環境中數字模型的控制映射到掘進機器人樣機上。監控界面可以實時顯示圖像、偏差角、偏差距離等信息。操作員可以通過控制掘進機器人數字模型來實現對掘進機器人樣機的遠程校正控制。

圖1由數字孿生掘進機器人糾偏控制系統組成。

挖掘機器人糾偏控制方法。采用虛擬和真實的同步控制技術,實現挖掘機器人的中間糾正和偏差控制。挖掘機器人尾部攜帶雙視覺傳感器,收集道路空間圖像,獲取挖掘機器人定位定向參數。建立道路坐標系和機器人坐標系。根據挖掘機器人的運行情況,實時解決了挖掘機器人坐標系與道路坐標系之間的位置和方向關系。根據很大類別間方差,建立道路圖像特征分割處理模型,分析道路空間圖像特征,校準和重建道路環境。

數字模型與數據庫通過Unity3D數據庫接口連接,建立參數數據庫,如偏移距離、偏角、巷道截面形狀等。掘進機器人和巷道數字模型通過Unity3D平臺導入,并結合掘進機器人坐標系、巷道坐標系和數據庫中的位置參數,確定掘進機器人與巷道環境的虛擬和真實映射關系。

挖掘機器人糾偏控制過程如圖2所示。雙目視覺傳感器收集道路圖像數據,提取道路入口圖像特征,建立道路坐標系,結合挖掘機器人坐標系,解決挖掘機器人相對于道路空間的位置參數。將解決方案參數上傳到數據庫,系統讀取數據庫中的位置參數,并顯示在監控界面中。計算當前偏差角和偏差中線之間的距離。計算當前挖掘機器人的單側偏差,將計算結果與超挖掘、欠挖掘和正常挖掘狀態閾值進行比較,判斷當前挖掘路段的超挖掘和欠挖掘狀態,并在相應的虛擬道路圍巖中顯示超挖掘或欠挖掘狀態。內蒙古掘進系統控制挖掘機器人的左右履帶運動,補償偏差距離和偏差角,完成挖掘機器人的中間偏差糾正。

內蒙古掘進系統

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