VR环境下综采支运装备浮动连接机构空间运动模型构建、分析与应用

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综采支运装备是综采工作面支护与推进的核心设备,实现综采支运装备协同推进是综采工作面协同推进的关键环节之一,对实现综采工作面无人化、透明化开采具有重要意义。由于连接综采支运装备的浮动系统的运动具有自由性、空间性的特点,使得刮板输送机无法被推移至既定位置,进而对其协同推进过程中的刮板输送机的直线度产生影响,最终影响整个综采工作面的协同推进。由此,对综采支运装备的浮动连接机构的空间运动进行建模与分析成为亟需解决的问题。针对以上问题,本文在虚拟环境下,以综采支运装备浮动连接机构为研究对象,构建了运动学模型,对其运动的路径进行规划,并将得到的运动学模型应用于刮板输送机调直问题中进行了研究。主要研究内容及结论如下:(1)推演了综采支运装备浮动连接机构的运动规律。根据推移机构各结构的运动特性,将其转换为工业机器人模型,在机械手模型上建立D-H坐标系统,通过正向运动学建立浮动连接机构连接头的理论位姿信息,在连接头的位姿信息已知的情况下,通过逆向运动学对浮动连接机构各结构的运动规律进行了解析,并根据装备间是否发生干涉得到了综采支运装备浮动连接机构的最优运动规律,并对该运动规律进行了验证与虚拟应用。结果表明:该运动规律能准确的对浮动连接机构的运动进行描述,进行虚拟应用后能直观的表示支运装备间的位置关系。(2)研究了综采支运装备浮动连接机构的路径规划方法。根据浮动连接机构的运动特性建立的机械手模型,将极限学习机预测算法与笛卡尔路径规划技术相结合实现了综采支运装备浮动连接机构的运动规划。根据规划得到的轨迹的波动特性,利用高斯滤波修正技术对轨迹进行了修正,得到了最终的规划路径。该方法实现了浮动连接机构连接头运动由未知变为已知的过程,为分析浮动连接机构的空间运动提供了一种研究思路。(3)研究了基于工业机器人模型位姿解算的刮板输送机虚拟调直方法。基于刮板输送机的理想调直位置,并根据浮动连接机构的运动规律,液压支架推移机构得到各结构的具体运动结果进行精准推移,实现刮板输送机在虚拟环境下的调直,通过改变复杂截割底板的相对起伏量,对刮板输送机进行调直试验研究。结果表明:该方法的调直效果比较好,实现了刮板输送机的高精度调直,为保证其直线度提供了新思路。(4)研究了基于空间运动学与时间序列轨迹预测融合的刮板输送机调直方法。对研究成果(3)中的调直方法进行了完善,根据预测得到的目标调直轨迹,获取综采支运装备间的相对位置关系,基于浮动连接机构的运动规律,液压支架推移机构根据各结构的运动参数值进行精准推移,将刮板输送机推移至目标位置,完成调直过程,并在虚拟环境下和实验室条件下进行了相关试验验证。结果表明:进行完善后的调直方法的调直精度得到了进一步提高。本文对综采支运装备浮动连接机构在虚拟环境下的空间运动模型构建、分析与应用进行了研究,能够对综采支运装备虚拟协同推进过程进行仿真,对装备推进过程中常见的刮板输送机直线度这一工程问题进行研究。
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