[发明专利]一种基于孪生模型的定向钻机远程控制系统及方法

权利要求书

1.一种基于孪生模型的定向钻机远程控制系统，与定向钻机物理真机连接，其特征在于，所述控制系统包括：

构建模块，用于在虚拟环境中构建用于对所述定向钻机物理真机及定向钻机物理真机所处的钻进工作面环境进行仿真的孪生模型，所述孪生模型包括对所述定向钻机物理真机进行仿真的定向钻机虚拟样机及对钻进工作面环境进行仿真的钻进工作面虚拟模型；

数据采集模块，用于采集定向钻机物理真机的姿态数据和钻进工作面环境信息；

数据库解析模块，与所述数据采集模块连接，用于对所述姿态数据和钻进工作面环境信息进行解析并存储；

远程控制模块，与所述数据库解析模块连接，用于根据解析后的姿态数据和钻进工作面环境信息，控制定向钻机虚拟样机在钻进工作面虚拟模型中与定向钻机物理真机在钻进工作面环境中动作保持一致。

2.根据权利要求1所述的基于孪生模型的定向钻机远程控制系统，其特征在于，所述姿态数据包括：定向钻机物理真机的位置坐标参数和三维姿态角度参数、油液压力参数、油液流量参数、油液温度参数和钻进工作面的点云数据，所述钻进工作面环境信息包括：钻进工作面的瓦斯浓度参数和光谱图像；

所述数据采集模块包括：

惯性导航，用于采集所述定向钻机物理真机的位置坐标参数和三维姿态角度参数；

压力传感器，用于采集所述定向钻机物理真机在钻进过程中的油液压力参数；

流量传感器，用于采集所述定向钻机物理真机在钻进过程中的油液流量参数；

温度传感器，用于采集所述定向钻机物理真机的油液温度参数；

激光雷达，用于采集所述钻进工作面的点云数据；

瓦斯传感器，用于采集所述钻进工作面的瓦斯浓度参数；

多光谱相机，用于采集所述钻进工作面的光谱图像。

3.根据权利要求1所述的基于孪生模型的定向钻机远程控制系统，其特征在于，所述远程控制模块包括：

控制子模块，用于发送控制指令控制所述定向钻机虚拟样机和定向钻机物理真机同时动作；

显示子模块，与所述数据库解析模块连接，用于可视化显示所述定向钻机物理真机的钻进过程以及所述解析后的姿态数据和钻进工作面环境信息。

4.根据权利要求1所述的基于孪生模型的定向钻机远程控制系统，其特征在于，所述定向钻机虚拟样机和钻进工作面虚拟模型根据所述定向钻机物理真机和钻进工作面按照1：1比例建立。

5.一种基于孪生模型的定向钻机远程控制方法，与定向钻机物理真机连接，其特征在于，所述基于孪生模型的定向钻机远程控制方法包括：

在虚拟环境中构建用于对所述定向钻机物理真机及定向钻机物理真机所处的钻进工作面环境进行仿真的孪生模型，所述孪生模型包括对所述定向钻机物理真机进行仿真的定向钻机虚拟样机及对钻进工作面环境进行仿真的钻进工作面虚拟模型；

采集定向钻机物理真机的姿态数据和钻进工作面环境信息；

对所述姿态数据和钻进工作面环境信息进行解析；

根据解析后的姿态数据和钻进工作面环境信息，控制定向钻机虚拟样机在钻进工作面虚拟模型中与定向钻机物理真机在钻进工作面环境中动作保持一致。

6.根据权利要求5所述的基于孪生模型的定向钻机远程控制方法，其特征在于，采集定向钻机物理真机的姿态数据和钻进工作面环境信息，包括：采集定向钻机物理真机的位置坐标参数和三维姿态角度参数、油液压力参数、油液流量参数、油液温度参数、钻进工作面的点云数据、钻进工作面的瓦斯浓度参数以及钻进工作面的光谱图像中的至少一种。

7.根据权利要求5所述的基于孪生模型的定向钻机远程控制方法，其特征在于，在虚拟环境中构建用于对所述定向钻机物理真机及定向钻机物理真机所处的钻进工作面环境进行仿真的孪生模型，包括：

获取所述定向钻机物理真机和钻进工作面的实际尺寸；所述定向钻机物理真机包括车体和其余零部件；

通过SolidWorks软件以1：1比例建立所述定向钻机物理真机和钻进工作面的三维基础模型，导出为.STL格式文件；

通过3dsMax软件对所述.STL格式文件进行贴图渲染，导出为.FBX格式文件；

通过Unity3D软件对所述.FBX格式文件中定向钻机物理真机的车体和其余部件进行父子关系绑定，建立高低层级运动关系；所述车体为父物体，所述其余零部件为子物体；

通过C#脚本在所述Unity3D软件中联动所述父物体与子物体之间的运动关系，并建立虚实交互界面。