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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

基于Unity3D的工作面液压支架群组空间支护姿态数字孪生重构方法

2024-12-17


本论文创新点



(1)建立了基于多杆双驱的液压支架自姿态感知模型和基于空间多线定姿的架群姿态感知模型,分析了多种求解策略对自姿态模型解算性能影响,确定了优化算法的自姿态求解策略和群姿态转换解算流程;

(2)借助Unity3D构建了液压支架群组数字孪生系统,通过关键信息感知、姿态信息解算、重要信息分析等处理模块,建立了由工作面真实场景到孪生场景的同步映射关系,证实了液压支架自姿态和群姿态模型的正确性及孪生模型驱动控制方法的可行性;

(3)通过抗振动性能强的检测传感器感知代替传统加速度传感器感知,提高了数据源信息的稳定性,解决了测量数据易受设备振动干扰的问题,结果表明此方法可以满足实际需求,并为工作面多智能体运行行为全场景虚拟再现及工作面智能化建设提供思路借鉴。

题 目



基于Unity3D的工作面液压支架群组空间支护姿态数字孪生重构方法
作 者



曾庆良1,班新亮1,孟昭胜2,3,万丽荣1,雷小万1
单 位



1.山东科技大学 机械电子工程学院
2.山东科技大学 能源与矿业工程学院
3.山东科技大学 矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培训基地



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摘   要



煤炭是我国的关键能源,保障煤炭资源安全高效开采对我国具有重要战略意义。我国煤炭资源以井工开采为主,生产环境较恶劣且工人劳动强度大,智能化开采因其减人提效理念内涵成为我国煤炭行业高质量发展的必由之路。液压支架是井工开采关键支护装备,其支护性能同时受本体支护姿态及群组关联姿态影响。受井下复杂开采条件影响,液压支架支护姿态信息获取困难,因此如何智能精准地感知液压支架群组空间支护姿态是制约智能化建设的重大难题之一。为精准描述工作面液压支架群组空间支护姿态,首先分析了液压支架群组空间连接关系,建立了基于多杆双驱的液压支架自姿态感知模型和基于空间多线协同定姿的架群姿态感知模型,分析了不同求解策略对自姿态模型解算性能影响。随后借助三维互动平台Unity3D搭建了工作面液压支架群组数字孪生环境,开发了基于工作面真实场景数据驱动的可视化系统。最后,依托山东某矿对所述方法开展了工程验证,结果表明提出的液压支架群组空间支护姿态孪生重构方法能精确映射实际液压支架群组真实空间支护位态,解决了液压支架支护本体支护姿态信息易受现场振动干扰和支架群组关联姿态信息缺失难题。论文所提方法为工作面多智能体运行行为全场景虚拟再现及工作面智能化建设提供思路借鉴。









第一作者简介




    

曾庆良

教授

博士生导师

曾庆良,男,汉族,1965年1月生,山东高密人,二级教授,博士生导师。教育部创新团队带头人、山东煤炭安全高效开采技术与装备协同创新中心负责人。百千万人才工程国家级人选,享受国务院政府特殊津贴,国家有突出贡献中青年专家,山东省泰山学者攀登计划专家,山东省有突出贡献的中青年专家。

研究方向



智能开采技术与装备、智能综放开采技术、液压传动与控制
主要成果



Eng. Fail. Anal.、P. I. Mech. Eng. K-J. Mul.、Int. J. Simul. Model.等国内外学术期刊发表论文150余篇,其中SCI、EI收录60余篇;作为第一发明人,取得国际和国内发明专利20余项。作为第一完成人,获得国家科技进步二等奖1项,山东省科技进步一等奖1项、二等奖2项,中国煤炭工业协会科学技术奖一等奖1项、中国机械工业联合会科学技术二等奖1项。先后主持国家科技支撑计划、国家863计划、国家自然科学基金联合基金重点项目/面上项目、山东省科技发展计划重大课题、山东省杰出青年基金及企业合作等60余项课题的研究工作。









通讯作者简介




    

孟昭胜

副教授

硕士生导师

孟昭胜,男,汉族,1991年6月生,山东聊城人,副教授,硕士生导师,全国煤矿支护优秀专家。

研究方向



综采工作面智能支护、智能综放开采、复杂工况综采液压支架支护状态智能评价
主要成果



以第一或通讯作者在Powder Technology、EFA、IJSIMM、《煤炭学报》等期刊发表SCI、EI论文30余篇;授权美国、日本、澳大利亚等国际发明专利10余项,国内发明专利20余项,获中国煤炭工业协会科技进步一等奖1项(2024)。主持国家自然科学基金面上项目、国家自然科学基金青年基金项目等纵横向课题十余项,参与国家自然科学基金区域联合基金重点项目1项。


引用格式




曾庆良,班新亮,孟昭胜,等. 基于Unity3D的工作面液压支架群组空间支护姿态数字孪生重构方法[J]. 煤炭科学技术,2024,52(11):74−88.

ZENG Qingliang,BAN Xinliang,MENG Zhaosheng,et al. Digital twin reconstruction method of group spatial support pose for hydraulic support of working face based on Unity3D[J]. Coal Science and Technology,2024,52(11):74−88.











END


策划:常琛

责编:钱小静

编辑:李莎

审核:常琛




  责任编辑:宫在芹
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