[发明专利]一种虚实融合的采煤机记忆截割试验系统和方法

权利要求书

1.一种虚实融合的采煤机记忆截割试验系统，其特征在于，包括虚拟测试场景、虚实交互系统和试验测试台；

虚拟测试场景根据实际受试采煤机所应用的不同井下环境构建，包括虚拟煤层底板、虚拟装备和场景显示装置，虚拟装备包括虚拟刮板输送机和虚拟采煤机；虚实交互系统包括物理数据模块、虚实交互模块和虚拟数据模块；试验测试台设置于水平地面上，包括与所测试采煤机控制器相匹配的采煤机、各类传感器、调节架和支撑架；

采煤机通过调节架安装在支撑架上，进行空转和采高调节；调节架由支撑架、俯仰角推杆和横滚角推杆组成，俯仰角推杆和横滚角推杆在虚拟采煤机数据的控制下可以对采煤机的俯仰角和横滚角进行实时调节，模拟采煤机在井下实际工作环境运行时的姿态变化；采煤机上加装传感器，类型至少包括牵引部轴编码器、摇臂倾角传感器和捷联惯导；

其中，所述虚拟煤层底板模型基于地质探测数据和真实井下有经验的采煤机司机的操作数据，获得相应煤层走势变化的规律，根据相似设计方法得到煤层数据点；底板模型模拟真实井下煤层顶底板倾斜状态；虚拟采煤机和虚拟刮板输送机基于受试采煤机及其配合的刮板输送机的几何外形尺寸构建；

场景显示包括采煤机截割曲线生成面板和数据显示面板；其中，采煤机截割曲线生成面板用于绘制采煤机滚筒截割轨迹，在虚拟采煤机运行过程中实时显示截割曲线，实现整个割煤过程的可视化；数据显示面板用于将虚拟采煤机运行速度、左右摇臂角度、左右滚筒高度、机身俯仰角、横滚角与传感器变量联系并显示出来，实现对受试采煤机位姿信息的实时显示监控；

物理数据模块用于接收虚实交互模块中采煤机实时机身倾角信息，控制试验测试台调节架俯仰角推杆和横滚角推杆的运动，实时模拟出采煤机在井下真实环境中工作的姿态变化；所述虚实交互模块用于与物理数据模块和虚拟数据模块进行数据交互，实时数据与控制指令通过虚实交互模块在物理数据模块与虚拟数据模块之间传输，将实时数据发送至虚拟数据模块，驱动虚拟采煤机动作并显示；虚拟数据模块用于接收到受试采煤机的实时位姿、运行速度，传输至虚拟测试场景，驱动虚拟采煤机动作并进行实时显示。

2.根据权利要求1所述的虚实融合的采煤机记忆截割试验系统，其特征在于，在虚拟煤层底板模型上添加刚体及碰撞体组件，模拟真实煤层底板对刮板输送机的支持作用；所述虚拟采煤机和虚拟刮板输送机根据实际受试的型号及几何外形尺寸在UG软件中进行1:1建模，建模完成后将模型导入至3D MAX软件将模型格式转换为Fbx格式，最后将采煤机和刮板输送机各部件Fbx格式模型导入至Unity 3D，完成虚拟测试场景内采煤机和刮板输送机模型的构建；

根据测试需要，编写C#脚本实现对虚拟采煤机行走、加速减速、左右摇臂升降、滚筒旋转动作的控制；为虚拟刮板输送机添加控制脚本，使其自适应地平铺在高低起伏的煤层底板上；

根据测试需要，为虚拟采煤机编写C#程序并预留俯仰角、横滚角的姿态驱动变量，将姿态变量与实际受试采煤机的实时位置、姿态数据量通过虚实交互系统进行关联；具体为：测试时通过设置于受试采煤机上装设的传感器获取受试采煤机的实时位姿数据，通过虚实交互模块传输至虚拟数据模块，将受试采煤机的实时位姿数据进行处理后赋值给虚拟采煤机对应的姿态驱动变量，驱动虚拟采煤机同步进行位置姿态的动作；

在虚拟采煤机和虚拟刮板输送机中添加刚体和碰撞体组件，模拟真实采煤机与煤层和刮板输送机的相互作用，使虚拟刮板输送机能够自适应地平铺在高低起伏的煤层底板上，虚拟采煤机滑靴安放在虚拟刮板输送机溜槽铲煤板上，机身与刮板输送机平行。

3.根据权利要求1所述的虚实融合的采煤机记忆截割试验系统，其特征在于，所述物理数据模块接收采煤机上安装的传感器采集的受试采煤机的实时位姿、运行速度数据并发送给虚实交互模块，虚实交互模块将实时数据发送至虚拟数据模块驱动虚拟采煤机动作并显示；同时，物理数据模块接收虚实交互模块中采煤机实时机身倾角信息，控制试验测试台调节架俯仰角推杆和横滚角推杆的运动，实时模拟出采煤机在井下真实环境中工作的姿态变化；

所述虚拟数据模块与虚实交互模块、虚拟测试场景进行数据联通和信息交换；采煤机安装的传感器采集受试采煤机的实时位姿、运行速度数据并传输至物理数据模块，物理数据模块将实时数据通过虚实交互模块传输至虚拟数据模块，虚拟数据模块接收到受试采煤机的实时位姿、运行速度后，将其传输至虚拟测试场景，驱动虚拟采煤机动作并进行实时显示。