随着“互联网+”和“中国制造2025”战略的持续推进,虚拟现实技术与煤炭智能绿色开采进入深度融合阶段,“精准”开采、“透明”开采,全方位、全时空、智能化监控研究走向前台。为克服目前主流监控模式视频和数据分离、承载受限、整合难度大、显示效果不佳等缺陷,以及为获得井下综采机组实时运行的精确信息,提升远程操作效率和精度,本文在VR(虚拟现实)环境下,以综采工作面“三机”装备—采煤机、刮板输送机和液压支架为研究对象,构建真实“三机”的实时工作运行状态的虚拟镜像,开展VR监测与动态规划方法研究,试图建立一种3D全景显示、可靠性高、时效性强、画面清晰细腻的VR监测与规划系统。本文首先对综采单机工况监测与虚拟仿真方法进行研究,接着对VR环境下“三机”工况监测与仿真方法进行研究,包括底板平整情况下的三机虚拟协同仿真方法、采煤机和刮板输送机在弯曲段进刀和复杂工况下的姿态行为耦合特性、群液压支架记忆姿态监测方法的研究等;其次对VR环境下“三机”工况监测系统进行整体设计,包括VR监测方法、基于LAN的VR数据实时同步方法、多软件实时耦合策略等;然后研究VR环境下“三机”动态规划方法:构建多因素耦合的“三机”协同数学模型和Agent模型;最后搭建“三机”工况监测与规划的物理与样机试验平台,并进行了试验验证。本文的主要研究成果为:(1)突破了“三机”虚拟协同仿真的采煤机虚拟行走、刮板输送机虚拟弯曲、液压支架部件无缝联动、装备间相互感知和三维虚拟顶底板模型构建等关键技术与方法,实现了协同仿真中虚拟装备模型控制及仿真数据间的交互与分析。(2)提出了一种综采工作面底板不平和S形弯曲条件下的刮板输送机与采煤机联合姿态耦合求解方法。由该法可得到采煤机机身俯仰角(偏航角)与刮板输送机的实时形态耦合关系,利用VR规划软件与多传感器信息融合反向推断和验证采煤机位姿变化,由此实现了采煤机与刮板输送机运行工况的动态监测,为“三机”的三维定位提供了技术支持。(3)提出了一种基于局域网协同的综采工作面虚拟监测方法。该法可实现“VR+LAN”环境下多种软件的实时在线耦合和监测数据与虚拟画面的实时融合,可解决因多传感节点信息量巨大造成的服务器压力大、画面卡顿等问题,还可对历史数据进行分析、挖掘和预测,为综采全景VR监测提供可靠的分布式计算解决方案。(4)提出了一种基于MAS的虚拟现实协同规划方法。该法构建了动态环境下三机协同数学模型,解决了“三机”等多个Agent之间的通讯方式、协调与感知等难题,实现了三机关键参数的在线规划与最优匹配,为综采工作面的快速规划与安全生产提供了技术支持。