基于三维可视化和虚拟仿真技术的综采工作面仿真系统

基于三维可视化和虚拟仿真技术的综采工作面仿真系统

0综采工作面仿真系统的研究,可以提高就业培训效率虚拟技术是现代科学技术的一个重要研究方向，在矿业领域得到了广泛应用。综采工作面是煤矿生产的基本单元,具有生产环境恶劣,不安全因素较多等特点。如果将虚拟现实技术应用到综采工作面仿真系统研究中,可以让矿工更加直观方便地了解综采工作面三机运动情况,大大提高了上岗培训的效率。本文以实验室中的综采工作面三机样机为研究对象,基于Unity3D开发平台,结合Pro/E和3DSMax三维建模软件,建立综采工作面仿真系统,通过交互界面对虚拟模型进行交互控制,实现综采工作面的虚拟仿真。1建立虚拟综采工作面综采工作面主要包括液压支架组,采煤机和刮板输送机,其中建立虚拟综采工作面需要先建立三维模型,然后调整模型坐标系,设置零部件父子关系和运动关系,实现模型运动仿真的功能。1.1pro/e中的三维建模虚拟现实软件Unity3D并不具备建模功能,本文采用三维建模软件Pro/E分别对各组成部分建模。以创建采煤机模型为例,首先测量实验室中采煤机模型的尺寸,然后对采煤机的机身,左右摇臂,左右滚筒等零件分别建立三维模型,最后完成采煤机的装配。Pro/E创建好的模型需在3DSMax中处理后才能导入到Unity3D中,因此,先将Pro/E中创建好的采煤机装配体导出为3DSMax支持的.obj格式。液压支架和刮板输送机也采用同样的方法完成装配体的建立。1.2局部坐标系和父子关系将模型导入到3DSMax中,在3DSMax中对模型进行贴图设置,使模型颜色跟实验室中三机样机的颜色一致。在3DSMax中调整模型的世界坐标系和零部件的局部坐标系,以液压支架为例,世界坐标系的原点选定在液压支架的底座与后连杆链接轴的中间位置,局部坐标系通常选定在父对象与子对象的链接点处,液压支架世界坐标系和局部坐标系设置示意图如图1所示。在3DSMax中通过“图解视图”窗口建立模型各零部件的父子关系,以采煤机为例,其父子关系如图2所示。在Unity3D中首先导入液压支架组模型,再依次导入其他模型,调整模型间的相对位置,添加灯关,虚拟综采工作面即建立完成。2解释环境:背景代码以编写脚本代码来实现在Unity3D中没有提供内置的GUI(图形用户界面)可视化编辑器,因此GUI界面的制作需要全部通过编写脚本代码来实现。在综采工作面GUI交互设计中,首先需编写脚本代码设置模型零部件间的运动关系,然后再编写Button控件代码,实现模型运动仿真。2.1机运动仿真煤矿井下综采工作面设备的运动比较复杂,本文仅根据实验室中综采工作面三机样机的运动来进行运动仿真的研究,三机运动分析如下:(1)采煤机在刮板输送机上来回移动,在移动过程伴随左右摇臂转动和左右滚筒的启停;(2)采煤机到来前,液压支架收护板帮;(3)采煤机移过后,液压支架降架,向前移架,升架,打开护帮板并完成对刮板输送机的推溜工作。2.2液压支架运动仿真虚拟综采工作面三机模型在3DSMax软件中设立好父子关系后,还不能真实模拟三机运动。以液压支架为例,需在Unity3D中编写JavaScrip程序设置各零部件的铰接关系,立柱和立柱缸的位置关系,护帮板千斤顶及侧护板千斤顶的位置关系,完成液压支架各零部件间的运动关系的设立,便可以仿真实体液压支架运动,采煤机和刮板输送机也一样。2.3交通流量的控制现在,三机模型的外形和内部运动关系已和实体三机一致,可在Unity3D中通过设置GUI界面按钮,来控制三机运动。按钮功能主要包括控制每组液压支架的移架、升架、降架,护帮板的升起、收回;采煤机的前移、后移,左右摇臂的上升、下降,左右滚筒的启、停;刮板输送机每节的前移。以控制采煤机的移动为例,其主要脚本代码(略)。3建立运动界面通过建立三机模型,设置零部件父子关系及运动关系,最后,在Unity3D中设置GUI界面,通过按钮控制三机运动,这样,综采工作面仿真系统便建立完成。综采工作面仿真系统初始界面窗口如图3所示。4综采工作面三机运动情况的建立本文在虚拟现实软件Unity3D平台下,结合Pro/E和3DSMax三维建模软件,通过编写脚本程序,建立与实验室样机运动情况一致的模型,并在G