[发明专利]一种基于液压支架多维姿态监测的数字孪生方法及系统

说明书

本发明提供了一种基于液压支架多维姿态监测的数字孪生方法及系统，方法包括：生成与实体液压支架相应的液压支架模型；建立表达液压支架模型运动的三角函数模型；采集设置在实体液压支架上的多维姿态感知传感器的感知信息，将感知信息作为输入量输入到所述三角函数模型中，计算实体液压支架的姿态信息，将姿态信息作为输入量输入到液压支架模型中，实时驱动液压支架模型进行姿态变化。系统包括多维姿态感知传感器，用于采集感知信息；姿态信息计算装置，用于进行实体液压支架的姿态信息计算；数字孪生驱动装置，用于生成与实体液压支架相应的液压支架模型，以及实时驱动液压支架模型进行姿态变化。

技术领域

本发明涉及煤矿智能开采技术领域，具体涉及一种基于液压支架多维姿态监测的数字孪生方法及系统。

背景技术

液压支架作为综采机械化关键设备，在井下的工况十分复杂，条件非常恶劣。当前对液压支架的监测，显示给操作人员的仍是简单的数字、二维图表或伪三维图形，不利于形象直观地观察液压支架的工作状态。近些年，人们提出了希望数字虚体空间中的虚拟事物与物理实体空间中的实体事物之间具有可以联接通道、可以相互传输数据和指令的交互关系之后，数字孪生的概念就成形了。将数字孪生技术应用在生产装备生产之前，就可以通过虚拟生产的方式来模拟在不同产品、不同参数、不同外部条件下的生产过程，实现对产能、效率以及可能出现的技术瓶颈等问题进行提前预警或误差修正，从而提高产品质量和设备可靠性。但是，如CN 111723448 A数字孪生智能综采工作面液压支架直线度监测方法，通过虚拟模型与物理实体之间的交互反馈，对虚拟模型进行实时更新，并通过实时更新的模型对综采工作面液压支架的直线度进行分析和调整，解决的是消除智能综采工作面液压支架移架作业出现直线度偏差较大等问题。如CN 112392485 A煤矿综采工作面透明化数字孪生自适应开采系统和方法，运用数字孪生技术提供仿真开采功能，建立综采工作面开采过程细节的数字孪生模型，在虚拟环境中通过仿真开采模式验证开采过程，发现问题后及时在模型中进行修正，修正后的自适应开采模式提高了煤矿综采工作面的智能化开采精准度和可靠性。二者均未涉及液压支架的多维姿态监测问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于液压支架多维姿态监测的数字孪生方法及系统，具体方案如下：

本发明第一方面提供一种基于液压支架多维姿态监测的数字孪生方法，包括：生成与实体液压支架相应的液压支架模型；建立表达液压支架模型运动的三角函数模型；采集设置在实体液压支架上的多维姿态感知传感器的感知信息，将感知信息作为输入量输入到所述三角函数模型中，计算实体液压支架的姿态信息，将姿态信息作为输入量输入到液压支架模型中，实时驱动液压支架模型进行姿态变化。

基于上述，设置在所述实体液压支架的伸缩梁组件、侧护板组件、推杆组件上，用于采集各组件的伸缩量的位移传感器；

以及设置在所述实体液压支架的支架底座、连杆组件、掩护梁组件、顶梁组件、护帮板组件上，用于采集各组件的倾角信息的倾角传感器。

基于上述，建立表达液压支架模型运动的三角函数模型的方法包括：假设实体液压支架的底座处于水平状态、底座的俯仰角和倾角为0，模型计算中的所有变量均以底座为基准进行折算；设置已知条件：支架各结构件尺寸，底座坐标，前连杆与底座夹角，顶梁预掩护梁夹角，1级护帮与顶梁夹角，1级护帮与2级护帮夹角，2级护帮与3级护帮夹角；待求姿态信息：实体液压支架各组成部分的坐标，平衡千斤顶长度，立柱长度；

计算出实体液压支架的姿态后，将实体液压支架按照底座的俯仰角和倾角进行旋转，获得实体液压支架在三维空间中的姿态信息。

本发明第二方面提供一种基于液压支架多维姿态监测的数字孪生系统，包括：多维姿态感知传感器，设置在实体液压支架上，用于采集感知信息；

姿态信息计算装置，与所述多维姿态感知传感器通信连接，用于以感知信息作为输入量，输入到用于表达液压支架模型运动的三角函数模型中，进行实体液压支架的姿态信息计算；