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【发明授权】一种综采三机跨平台远程实时运动跟踪方法_西安科技大学_201910372834.8 

申请/专利权人:西安科技大学

申请日:2019-05-06

公开(公告)日:2020-10-16

公开(公告)号:CN109989751B

主分类号:E21C35/24(20060101)

分类号:E21C35/24(20060101);E21D23/12(20060101)

优先权:

专利状态码:失效-未缴年费专利权终止

法律状态:2022.04.12#未缴年费专利权终止;2019.08.02#实质审查的生效;2019.07.09#公开

摘要:本发明公开了一种综采三机跨平台远程实时运动跟踪方法,包括步骤:一、数据采集及传输;二、工业现场服务器将其接收到的综采三机的状态数据导入到SQLServer数据库存储模块中进行存储,并同时进行综采三机虚拟模型数据和虚拟煤壁模型数据的存储;三、所述工业现场服务器构建综采三机虚拟模型驱动模块,实现三机虚拟模型的实时驱动,动态地展示综采三机设备的实时运行状态,并显示到客户端计算机上。本发明解决了长期以来地面监控对工作面视频的依赖问题,使得工作面的高粉尘、低照度等恶劣环境不会影响操作人员对生产设备运行状态的判断。

主权项:1.一种综采三机跨平台远程实时运动跟踪方法,其采用的综采三机跨平台远程实时运动跟踪系统包括传感器组、PLC组、工业现场服务器3和客户端计算机4,所述传感器组包括多个液压支架立柱压力传感器1-1、多个液压支架立柱位移传感器1-2、多个液压支架推移位移传感器1-3、多个液压支架推移压力传感器1-4、采煤机行走位移编码器1-5、采煤机左摇臂倾角传感器1-6、采煤机右摇臂倾角传感器1-7、第一采煤机行程限位开关1-8和第二采煤机行程限位开关1-9,所述PLC组包括第一液压支架PLC模块2-1、第二液压支架PLC模块2-2、第三液压支架PLC模块2-3、第四液压支架PLC模块2-4和采煤机PLC模块2-5,多个所述液压支架立柱压力传感器1-1均与第一液压支架PLC模块2-1的输入端连接,多个所述液压支架立柱位移传感器1-2均与第二液压支架PLC模块2-2的输入端连接,多个所述液压支架推移位移传感器1-3均与第三液压支架PLC模块2-3的输入端连接,多个所述液压支架推移压力传感器1-4均与第四液压支架PLC模块2-4的输入端连接,所述采煤机行走位移编码器1-5、采煤机左摇臂倾角传感器1-6、采煤机右摇臂倾角传感器1-7、第一采煤机行程限位开关1-8和第二采煤机行程限位开关1-9均与采煤机PLC模块2-5的输入端连接,所述第一液压支架PLC模块2-1、第二液压支架PLC模块2-2、第三液压支架PLC模块2-3、第四液压支架PLC模块2-4和采煤机PLC模块2-5均与工业现场服务器3相接,所述工业现场服务器3与客户端计算机4相接;其特征在于,该方法包括以下步骤:步骤一、数据采集及传输:当采煤机、液压支架、刮板运输机开始运行时,多个所述液压支架立柱压力传感器1-1对液压支架立柱的压力进行实时检测并将检测到的信号输出给第一液压支架PLC模块2-1,多个所述液压支架立柱位移传感器1-2对液压支架立柱的位移进行实时检测并将检测到的信号输出给第二液压支架PLC模块2-2,多个所述液压支架推移位移传感器1-3对液压支架推移位移进行实时检测并将检测到的信号输出给第三液压支架PLC模块2-3,多个所述液压支架推移压力传感器1-4对液压支架推移压力进行实时检测并将检测到的信号输出给第四液压支架PLC模块2-4,所述采煤机行走位移编码器1-5对采煤机行走位移进行实时检测并将检测到的信号输出给采煤机PLC模块2-5,所述采煤机左摇臂倾角传感器1-6对采煤机左摇臂倾角进行实时检测并将检测到的信号输出给采煤机PLC模块2-5,所述采煤机右摇臂倾角传感器1-7对采煤机右摇臂倾角进行实时检测并将检测到的信号输出给采煤机PLC模块2-5,所述第一采煤机行程限位开关1-8对采煤机运动到第一端头进行实时检测并将检测到的信号输出给采煤机PLC模块2-5,所述第二采煤机行程限位开关1-9对采煤机运动到第二端头进行实时检测并将检测到的信号输出给采煤机PLC模块2-5;所述第一液压支架PLC模块2-1、第二液压支架PLC模块2-2、第三液压支架PLC模块2-3、第四液压支架PLC模块2-4和采煤机PLC模块2-5均将其接收到的综采三机的状态数据传输给工业现场服务器3;步骤二、所述工业现场服务器3将其接收到的综采三机的状态数据导入到SQLServer数据库存储模块中进行存储,并同时进行综采三机虚拟模型数据和虚拟煤壁模型数据的存储;步骤三、所述工业现场服务器3构建综采三机虚拟模型驱动模块,实现三机虚拟模型的实时驱动,动态地展示综采三机设备的实时运行状态,并显示到客户端计算机4上;步骤二中所述工业现场服务器3将其接收到的综采三机的状态数据导入到SQLServer数据库存储模块中进行存储,并同时进行综采三机虚拟模型数据和虚拟煤壁模型数据的存储的具体过程为:步骤201、建立综采三机状态数据存储表,并将综采三机的状态数据经OPC应用程序自动存入综采三机状态数据存储表中;所述综采三机状态数据存储表包括编号、数据项、数据值和时间戳四个属性;步骤202、建立综采三机模型信息数据表,用来存储模型文件信息,所述综采三机模型信息数据表包括编号、模型编号、节点编号、模型名字和STL格式模型文件路径五个属性;步骤203、先建立煤壁模型,再建立煤壁信息数据表,用来存储煤壁模型,所述煤壁信息数据表包括编号和名称两个属性;步骤204、建立综采三机运动部件旋转角度信息数据表,用来存储每个节点的旋转角度,所述综采三机运动部件旋转角度信息数据表包括编号、设备名称、节点编号、转角和时间五个属性;步骤205、建立综采三机运动部件位移信息数据表,用来存储每个节点的位移信息,所述综采三机运动部件位移信息数据表包括编号、设备名称、节点编号、位移和时间五个属性;步骤202中所述建立综采三机模型信息数据表的具体过程为:步骤2021、对综采三机实体进行单元分割,将双滚筒采煤机单元分割为左滚筒、右滚筒、左摇臂、右摇臂和机身,将液压支架单元分割为护帮板、前梁、顶梁、立柱、掩护梁、前连杆、后连杆、底座和推移油缸,将刮板运输机单元分割为链轮、链条与刮板、以及中部槽;步骤2022、根据综采三机的型号和参数得到真实三机的外观大小和各部分比率尺寸;由真实尺寸按照一定比例,利用Soidworks三维建模软件初步建立三机的三维模型并进行优化;步骤2023、建立综采三机虚拟现实骨骼模型,具体过程为:步骤20231、根据综采三机运动关节在本体上的确切位置,确定“三机”三维网格模型的运动节点位置,设置为骨骼节点;步骤20232、两运动节点之间通过骨骼进行连接,所有骨骼和关节构成一个骨架,即“三机”的骨骼模型;步骤20233、建立综采三机骨骼模型的层级关系,模拟真实“三机”的运动;步骤20234、利用3Dmax建模软件的骨骼创建功能,从根节点到子节点逐一将父节点和子节点连接起来,完成综采三机骨骼模型的建立;步骤2024、运用3Dmax软件的骨骼蒙皮绑定技术,将三维网格模型与骨骼模型进行绑定,实现蒙皮顶点与骨骼模型节点的一致运动,具体过程为:步骤20241、骨骼皮肤数据匹配;步骤20242、节点与皮肤对应关系设定和权值计算;步骤20243、利用皮肤骨骼绑定算法进行绑定。

全文数据:一种综采三机跨平台远程实时运动跟踪系统及方法技术领域本发明属于煤矿智能开采技术领域,具体涉及一种综采三机跨平台远程实时运动跟踪系统及方法。背景技术煤炭是我国的主体能源,安全智能、绿色高效开采是我国煤矿发展的主要方向。我国大采高煤层占到了总煤炭资源储量的45%以上,但采割煤高度大,煤壁易片帮,粉尘浓度大等因素导致开采比较困难。因此,煤矿井下综采工作面三机监测和控制,关系到整个煤矿企业的安全生产。综采三机装备的可视化远程干预控制系统,以工作面视频监视为手段,借助远程监控系统,对综采三机的运行状态进行实时监测,并适时予以人工远程干预。近年来,随着“工业4.0”和“互联网+智慧煤矿”的推进,该技术日趋完善,但仍存在以下技术不足:现有的综采工作面可视化主要依赖视频技术,然而综采三机生产作业现场粉尘浓度大、可见度低、环境恶劣,视频监视效果差,远程的工作人员无法准确的获取设备的工作状态;三机运行监控界面的数据表现形式单一、无交互、无沉浸感,现场工作人员无法快速直观的获取设备运行的状态,影响决策的及时性和准确性;现有煤矿综采工作面监控系统是一个典型的客户端服务器架构结构的系统,不能跨平台的远程移动监测,缺乏灵动性,影响现场生产决策的灵活性。针对上述问题,很有必要提出一种能够直观、准确、跨平台的综采三机远程实时运动跟踪系统及方法。发明内容本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足,提供一种综采三机跨平台远程实时运动跟踪系统,其结构简单,设计新颖合理,实现方便,具有良好的兼容性、优秀的跨平台能力和完善交互机制,能够提供工作面综采三机的实时状态数据,实用性强,使用效果好,便于推广使用。为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:一种综采三机跨平台远程实时运动跟踪系统,包括传感器组、PLC组、工业现场服务器和客户端计算机,所述传感器组包括多个液压支架立柱压力传感器、多个液压支架立柱位移传感器、多个液压支架推移位移传感器、多个液压支架推移压力传感器、采煤机行走位移编码器、采煤机左摇臂倾角传感器、采煤机右摇臂倾角传感器、第一采煤机行程限位开关和第二采煤机行程限位开关,所述PLC组包括第一液压支架PLC模块、第二液压支架PLC模块、第三液压支架PLC模块、第四液压支架PLC模块和采煤机PLC模块,多个所述液压支架立柱压力传感器均与第一液压支架PLC模块的输入端连接,多个所述液压支架立柱位移传感器均与第二液压支架PLC模块的输入端连接,多个所述液压支架推移位移传感器均与第三液压支架PLC模块的输入端连接,多个所述液压支架推移压力传感器均与第四液压支架PLC模块的输入端连接,所述采煤机行走位移编码器、采煤机左摇臂倾角传感器、采煤机右摇臂倾角传感器、第一采煤机行程限位开关和第二采煤机行程限位开关均与采煤机PLC模块的输入端连接,所述第一液压支架PLC模块、第二液压支架PLC模块、第三液压支架PLC模块、第四液压支架PLC模块和采煤机PLC模块均与工业现场服务器相接,所述工业现场服务器与客户端计算机相接。上述的一种综采三机跨平台远程实时运动跟踪系统,所述第一液压支架PLC模块、第二液压支架PLC模块、第三液压支架PLC模块、第四液压支架PLC模块和采煤机PLC模块均通过以太网与工业现场服务器相接,所述工业现场服务器通过以太网与客户端计算机相接。上述的一种综采三机跨平台远程实时运动跟踪系统,所述采煤机左摇臂倾角传感器和采煤机右摇臂倾角传感器均为BWM427Modbus双轴倾角传感器。上述的一种综采三机跨平台远程实时运动跟踪系统,所述第一液压支架PLC模块、第二液压支架PLC模块、第三液压支架PLC模块、第四液压支架PLC模块和采煤机PLC模块均为西门子S7-1200PLC模块。本发明还公开了一种设计新颖合理,实现方便,解决了长期以来地面监控对工作面视频的依赖问题,使得工作面的高粉尘、低照度等恶劣环境,不会影响操作人员对生产设备运行状态的判断,为煤矿的安全高效开采提供了技术支撑,使用效果好,便于推广使用的综采三机跨平台远程实时运动跟踪方法,该方法包括以下步骤:步骤一、数据采集及传输:当采煤机、液压支架、刮板运输机开始运行时,多个所述液压支架立柱压力传感器对液压支架立柱的压力进行实时检测并将检测到的信号输出给第一液压支架PLC模块,多个所述液压支架立柱位移传感器对液压支架立柱的位移进行实时检测并将检测到的信号输出给第二液压支架PLC模块,多个所述液压支架推移位移传感器对液压支架推移位移进行实时检测并将检测到的信号输出给第三液压支架PLC模块,多个所述液压支架推移压力传感器对液压支架推移压力进行实时检测并将检测到的信号输出给第四液压支架PLC模块,所述采煤机行走位移编码器对采煤机行走位移进行实时检测并将检测到的信号输出给采煤机PLC模块,所述采煤机左摇臂倾角传感器对采煤机左摇臂倾角进行实时检测并将检测到的信号输出给采煤机PLC模块,所述采煤机右摇臂倾角传感器对采煤机右摇臂倾角进行实时检测并将检测到的信号输出给采煤机PLC模块,所述第一采煤机行程限位开关对采煤机运动到第一端头进行实时检测并将检测到的信号输出给采煤机PLC模块,所述第二采煤机行程限位开关对采煤机运动到第二端头进行实时检测并将检测到的信号输出给采煤机PLC模块;所述第一液压支架PLC模块、第二液压支架PLC模块、第三液压支架PLC模块、第四液压支架PLC模块和采煤机PLC模块均将其接收到的综采三机的状态数据传输给工业现场服务器;步骤二、所述工业现场服务器将其接收到的综采三机的状态数据导入到SQLServer数据库存储模块中进行存储,并同时进行综采三机虚拟模型数据和虚拟煤壁模型数据的存储;步骤三、所述工业现场服务器构建综采三机虚拟模型驱动模块,实现三机虚拟模型的实时驱动,动态地展示综采三机设备的实时运行状态,并显示到客户端计算机上。上述的方法,步骤二中所述工业现场服务器将其接收到的综采三机的状态数据导入到SQLServer数据库存储模块中进行存储,并同时进行综采三机虚拟模型数据和虚拟煤壁模型数据的存储的具体过程为:步骤201、建立综采三机状态数据存储表,并将综采三机的状态数据经OPC应用程序自动存入综采三机状态数据存储表中;所述综采三机状态数据存储表包括编号、数据项、数据值和时间戳四个属性;步骤202、建立综采三机模型信息数据表,用来存储模型文件信息,所述综采三机模型信息数据表包括编号、模型编号、节点编号、模型名字和STL格式模型文件路径五个属性;步骤203、先建立煤壁模型,再建立煤壁信息数据表,用来存储煤壁模型,所述煤壁信息数据表包括编号和名称两个属性;步骤204、建立综采三机运动部件旋转角度信息数据表,用来存储每个节点的旋转角度,所述综采三机运动部件旋转角度信息数据表包括编号、设备名称、节点编号、转角和时间五个属性;步骤205、建立综采三机运动部件位移信息数据表,用来存储每个节点的位移信息,所述综采三机运动部件位移信息数据表包括编号、设备名称、节点编号、位移和时间五个属性。上述的方法,步骤202中所述建立综采三机模型信息数据表的具体过程为:步骤2021、对综采三机实体进行单元分割,将双滚筒采煤机单元分割为左滚筒、右滚筒、左摇臂、右摇臂和机身,将液压支架单元分割为护帮板、前梁、顶梁、立柱、掩护梁、前连杆、后连杆、底座和推移油缸,将刮板运输机单元分割为链轮、链条与刮板、以及中部槽;步骤2022、根据综采三机的型号和参数得到真实三机的外观大小和各部分比率尺寸;由真实尺寸按照一定比例,利用Soidworks三维建模软件初步建立三机的三维模型并进行优化;步骤2023、建立综采三机虚拟现实骨骼模型,具体过程为:步骤20231、根据综采三机运动关节在本体上的确切位置,确定“三机”三维网格模型的运动节点位置,设置为骨骼节点;步骤20232、两运动节点之间通过骨骼进行连接,所有骨骼和关节构成一个骨架,即“三机”的骨骼模型;步骤20233、建立综采三机骨骼模型的层级关系,模拟真实“三机”的运动;步骤20234、利用3Dmax建模软件的骨骼创建功能,从根节点到子节点逐一将父节点和子节点连接起来,完成综采三机骨骼模型的建立;步骤2024、运用3Dmax软件的骨骼蒙皮绑定技术,将三维网格模型与骨骼模型进行绑定,实现蒙皮顶点与骨骼模型节点的一致运动,具体过程为:步骤20241、骨骼皮肤数据匹配;步骤20242、节点与皮肤对应关系设定和权值计算;步骤20243、利用皮肤骨骼绑定算法进行绑定。上述的方法,步骤2022中所述利用Soidworks三维建模软件初步建立三机的三维模型并进行优化的具体过程为:步骤20221、将Solidworks中所建立的三机模型保存成.STL文件;步骤20222、将.STL文件导入CATIA软件中进行优化,去除不关注的组件和结构,所述不关注的组件和结构包括模型中包含的大量孔和凹槽,减小模型的复杂度,将圆角长方体用长方体代替,减少模型的面片数,利用CATIA软件中的DMU优化工具对模型进行优化;步骤20223、将.STL文件导入3Dmax软件中进行优化,对于重复模型,只保留一个原型,其他实例为原型的引用,减小模型文件的大小,进一步减少模型的面片数,降低模型的复杂度;步骤20224、将.STL文件导入DeepExploration软件中进行优化,利用DeepExploration软件对CATIA软件和3Dmax软件模型进行转换,并实现文件的合并删除,最终保存成.STL文件。上述的方法,步骤三中所述工业现场服务器构建综采三机虚拟模型驱动模块,实现三机虚拟模型的实时驱动的具体过程为:步骤301、初始化场景:基于WebGL标准,运用JavaScrip客户端脚本语言实现场景的初始化,需要初始化的对象包括渲染器、场景、相机、灯光和综采三机虚拟模型和煤壁;步骤302、加载状态数据:综采三机启动运行后,应用程序请求SQLserver数据库中各节点的实时运动状态数据,加载至前台用于模型状态的计算;步骤303、计算模型状态:采用齐次坐标变换矩描述三机模型状态的变换,实时驱动控制综采三机骨骼模型的运动,进而实现三机虚拟模型的实时驱动。上述的方法,步骤303中所述采用齐次坐标变换矩描述三机模型状态的变换,实时驱动控制综采三机骨骼模型的运动,进而实现三机虚拟模型的实时驱动的具体过程为:步骤3031、静止状态下三机骨骼之间的顶点坐标计算,具体过程为:步骤30311、设子骨骼坐标系、父骨骼坐标系和虚拟三维空间世界坐标系位于同一张图中,虚拟三维空间世界坐标系的原点为O1,虚拟空间中有一个两关节液压支架骨骼模型,液压支架的两节点坐标为和网格曲面上有一个顶点V,Vcxc,yc,zc为顶点V在子骨骼坐标系中的坐标;步骤30312、将顶点V从子骨骼坐标系转换到父骨骼坐标系:Vp=Vc·Mc→p;步骤30313、将顶点V从父骨骼坐标转换到虚拟三维空间世界坐标系:Vw=Vp·Mp→w;步骤30314、得到顶点V从子骨骼坐标系直接转换到虚拟三维空间世界坐标系的过程为Vw=Vc·Mc→p·Mp→w,其矩阵转换形式为:步骤3032、骨骼运动状态下的积累变换与顶点位置变换,具体过程为:步骤30321、子骨骼相对于自己的本地坐标系的变换为Mtc,父骨骼相对于自己的本地坐标系的变换为Mtp,则子骨骼在本地坐标系中发生的运动变换转换到父骨骼坐标系中为Vp′=Vc·Mtc·Mtp;步骤30322、将V′p变换至世界坐标系,得到骨骼运动后Vc在世界坐标下的新坐标V′w且V′w=V′p·Mtp·Mp→w=Vc[MtcMc→pMtpMp→w];步骤30323、绑定到任何一根骨骼上的顶点,都根据顶点在该骨骼本地坐标系中的位置,得到它在骨骼运动之后在世界坐标下的新位置,具体方法为:V′w·本地坐标系内变换·变换到父坐标系·父坐标系内变换·变换到祖坐标系·祖坐标系内变换·…,直到变换到世界坐标系;将“父坐标系内变换·变换到祖坐标系·祖坐标系内变换·…,直到变换到世界坐标系”这一变换链定义为父骨骼的积累变换,则任一骨骼的积累变换为:本地变换·变换到父坐标系·父骨骼的积累变换,即只要知道当前骨骼的积累变换,就能算出与骨骼相关联顶点运动变换后的世界坐标,用同样的方法遍历三机网格模型上所有顶点一次,则所有顶点位置随骨骼运动而更新一次;步骤3033、与骨骼相关联的网格顶点坐标计算,已知顶点V的初始世界坐标为Vw和相连骨骼的积累变换矩阵,求骨骼运动后顶点V的新世界坐标;具体过程为:步骤30331、把各顶点的世界坐标转换成与之相关联的骨骼坐标下的本地坐标;步骤30332、与顶点V相连的骨骼原点坐标为则Vw-O3即得到顶点V在相连子骨骼本地坐标的位置Vc,这个过程统一成矩阵计算为:步骤30333、将Vw坐标处理成矩阵[xwywzw1],乘上变换阵Mw→c即得Vc坐标矩阵;步骤30334、得到骨骼运动时网格模型的顶点世界坐标变换为:V′w=Vc[MtcMc→pMtpMp→w]=VmMw→c[MtcMc→pMtpMp→w];当有更多级骨骼的运动计算时,将式子右边积累变换式逐级传递;步骤3034、编程驱动三机虚拟模型,具体方法为:从网格模型文件中读取顶点运动初始状态时在世界坐标系中的位置坐标,遍历所有顶点,实现整个网格顶点位置更新,实现三机虚拟模型的移动和转动;从网格模型文件中读取多级骨骼坐标系之间的变换矩阵以及各骨骼坐标系原点的世界坐标的初始值,并根据综采三机各运动部件的运动形式为在特定平面内的绕轴转动和移动两种,确定各级骨骼在各自本地坐标系下发生运动变换的矩阵,实现三机虚拟模型运动变换。本发明与现有技术相比具有以下优点:1、本发明的综采三机跨平台远程实时运动跟踪系统,采用了模块化的设计,结构简单,设计新颖合理,实现方便。2、本发明的综采三机跨平台远程实时运动跟踪系统,基于BSBrowserServer架构提出,具有良好的兼容性、优秀的跨平台能力和完善交互机制,能够提供工作面综采三机的实时状态数据。3、本发明的综采三机跨平台远程实时运动跟踪方法,能够运用工作面综采三机的实时状态数据,动态的驱动三维模型同步运动,解决了常规监测系统运行数据显示不直观的问题,降低了工作人员的技术要求,提升了工作人员的操作性。4、本发明的综采三机跨平台远程实时运动跟踪方法,方法步骤简单,设计新颖合理,解决了长期以来地面监控对工作面视频的依赖问题,使得工作面的高粉尘、低照度等恶劣环境,不会影响操作人员对生产设备运行状态的判断。5、本发明的综采三机跨平台远程实时运动跟踪方法,实现了综采三机生产监控系统的跨平台访问,真正实现了远程灵活监控,远程作业的目标。6、本发明的综采三机跨平台远程实时运动跟踪方法,为煤矿的安全高效开采提供了技术支撑,可以进一步的扩展功能模块,与结合矿压监测以及瓦斯监测结合,真实的再现工作矿压分布以及瓦斯分布,使用效果好,便于推广使用。综上所述,本发明的设计新颖合理,实现方便,解决了长期以来地面监控对工作面视频的依赖问题,使得工作面的高粉尘、低照度等恶劣环境,不会影响操作人员对生产设备运行状态的判断,为煤矿的安全高效开采提供了技术支撑,使用效果好,便于推广使用。下面通过附图和实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1为本发明综采三机跨平台远程实时运动跟踪系统的电连接关系示意图。图2为本发明综采三机跨平台远程实时运动跟踪方法的方法流程框图。图3为本发明煤壁纹理映射的实现方式示意图。图4为本发明虚拟空间坐标系及其变换示意图。图5为本发明骨骼a、c在ABC平面内绕销轴节点A转动角的示意图。图6为本发明WebGL编程的动画显示过程示意图。附图标记说明:1-1—液压支架立柱压力传感器;1-2—液压支架立柱位移传感器;1-3—液压支架推移位移传感器;1-4—液压支架推移压力传感器;1-5—采煤机行走位移编码器;1-6—采煤机左摇臂倾角传感器;1-7—采煤机右摇臂倾角传感器;1-8—第一采煤机行程限位开关;1-9—第二采煤机行程限位开关;2-1—第一液压支架PLC模块;2-2—第二液压支架PLC模块;2-3—第三液压支架PLC模块;2-4—第四液压支架PLC模块;2-5—采煤机PLC模块;3—工业现场服务器;4—客户端计算机。具体实施方式如图1所示,本发明的综采三机跨平台远程实时运动跟踪系统,包括传感器组、PLC组、工业现场服务器3和客户端计算机4,所述传感器组包括多个液压支架立柱压力传感器1-1、多个液压支架立柱位移传感器1-2、多个液压支架推移位移传感器1-3、多个液压支架推移压力传感器1-4、采煤机行走位移编码器1-5、采煤机左摇臂倾角传感器1-6、采煤机右摇臂倾角传感器1-7、第一采煤机行程限位开关1-8和第二采煤机行程限位开关1-9,所述PLC组包括第一液压支架PLC模块2-1、第二液压支架PLC模块2-2、第三液压支架PLC模块2-3、第四液压支架PLC模块2-4和采煤机PLC模块2-5,多个所述液压支架立柱压力传感器1-1均与第一液压支架PLC模块2-1的输入端连接,多个所述液压支架立柱位移传感器1-2均与第二液压支架PLC模块2-2的输入端连接,多个所述液压支架推移位移传感器1-3均与第三液压支架PLC模块2-3的输入端连接,多个所述液压支架推移压力传感器1-4均与第四液压支架PLC模块2-4的输入端连接,所述采煤机行走位移编码器1-5、采煤机左摇臂倾角传感器1-6、采煤机右摇臂倾角传感器1-7、第一采煤机行程限位开关1-8和第二采煤机行程限位开关1-9均与采煤机PLC模块2-5的输入端连接,所述第一液压支架PLC模块2-1、第二液压支架PLC模块2-2、第三液压支架PLC模块2-3、第四液压支架PLC模块2-4和采煤机PLC模块2-5均与工业现场服务器3相接,所述工业现场服务器3与客户端计算机4相接。本实施例中,所述第一液压支架PLC模块2-1、第二液压支架PLC模块2-2、第三液压支架PLC模块2-3、第四液压支架PLC模块2-4和采煤机PLC模块2-5均通过以太网与工业现场服务器3相接,所述工业现场服务器3通过以太网与客户端计算机4相接。本实施例中,所述采煤机左摇臂倾角传感器1-6和采煤机右摇臂倾角传感器1-7均为BWM427Modbus双轴倾角传感器。本实施例中,所述第一液压支架PLC模块2-1、第二液压支架PLC模块2-2、第三液压支架PLC模块2-3、第四液压支架PLC模块2-4和采煤机PLC模块2-5均为西门子S7-1200PLC模块。如图2所示,本发明的综采三机跨平台远程实时运动跟踪方法,包括以下步骤:步骤一、数据采集及传输:当采煤机、液压支架、刮板运输机开始运行时,多个所述液压支架立柱压力传感器1-1对液压支架立柱的压力进行实时检测并将检测到的信号输出给第一液压支架PLC模块2-1,多个所述液压支架立柱位移传感器1-2对液压支架立柱的位移进行实时检测并将检测到的信号输出给第二液压支架PLC模块2-2,多个所述液压支架推移位移传感器1-3对液压支架推移位移进行实时检测并将检测到的信号输出给第三液压支架PLC模块2-3,多个所述液压支架推移压力传感器1-4对液压支架推移压力进行实时检测并将检测到的信号输出给第四液压支架PLC模块2-4,所述采煤机行走位移编码器1-5对采煤机行走位移进行实时检测并将检测到的信号输出给采煤机PLC模块2-5,所述采煤机左摇臂倾角传感器1-6对采煤机左摇臂倾角进行实时检测并将检测到的信号输出给采煤机PLC模块2-5,所述采煤机右摇臂倾角传感器1-7对采煤机右摇臂倾角进行实时检测并将检测到的信号输出给采煤机PLC模块2-5,所述第一采煤机行程限位开关1-8对采煤机运动到第一端头进行实时检测并将检测到的信号输出给采煤机PLC模块2-5,所述第二采煤机行程限位开关1-9对采煤机运动到第二端头进行实时检测并将检测到的信号输出给采煤机PLC模块2-5;所述第一液压支架PLC模块2-1、第二液压支架PLC模块2-2、第三液压支架PLC模块2-3、第四液压支架PLC模块2-4和采煤机PLC模块2-5均将其接收到的综采三机的状态数据传输给工业现场服务器3;步骤二、所述工业现场服务器3将其接收到的综采三机的状态数据导入到SQLServer数据库存储模块中进行存储,并同时进行综采三机虚拟模型数据和虚拟煤壁模型数据的存储;本实施例中,步骤二中所述工业现场服务器3将其接收到的综采三机的状态数据导入到SQLServer数据库存储模块中进行存储,并同时进行综采三机虚拟模型数据和虚拟煤壁模型数据的存储的具体过程为:步骤201、建立综采三机状态数据存储表,并将综采三机的状态数据经OPC应用程序自动存入综采三机状态数据存储表中;所述综采三机状态数据存储表包括编号ID、数据项ItemId、数据值Value和时间戳Time四个属性;步骤202、建立综采三机模型信息数据表,用来存储模型文件信息,所述综采三机模型信息数据表包括编号ID、模型编号ModelId、节点编号NodeId、模型名字ModelName和STL格式模型文件路径StlFile五个属性;本实施例中,步骤202中所述建立综采三机模型信息数据表的具体过程为:步骤2021、对综采三机实体进行单元分割,将双滚筒采煤机单元分割为左滚筒、右滚筒、左摇臂、右摇臂和机身,将液压支架单元分割为护帮板、前梁、顶梁、立柱、掩护梁、前连杆、后连杆、底座和推移油缸,将刮板运输机单元分割为链轮、链条与刮板、以及中部槽;步骤2022、根据综采三机的型号和参数得到真实三机的外观大小和各部分比率尺寸;由真实尺寸按照一定比例,利用Soidworks三维建模软件初步建立三机的三维模型并进行优化;本实施例中,步骤2022中所述利用Soidworks三维建模软件初步建立三机的三维模型并进行优化的具体过程为:步骤20221、将Solidworks中所建立的三机模型保存成.STL文件;步骤20222、将.STL文件导入CATIA软件中进行优化,去除不关注的组件和结构,所述不关注的组件和结构包括模型中包含的大量孔和凹槽,减小模型的复杂度,将圆角长方体用长方体代替,减少模型的面片数,利用CATIA软件中的DMU优化工具对模型进行优化;步骤20223、将.STL文件导入3Dmax软件中进行优化,对于重复模型例如综采工作面上的多个液压支架,只保留一个原型,其他实例为原型的引用,减小模型文件的大小,进一步减少模型的面片数,降低模型的复杂度;步骤20224、将.STL文件导入DeepExploration软件中进行优化,利用DeepExploration软件对CATIA软件和3Dmax软件模型进行转换,并实现文件的合并删除,最终保存成.STL文件。步骤2023、建立综采三机虚拟现实骨骼模型,具体过程为:步骤20231、根据综采三机运动关节在本体上的确切位置,确定“三机”三维网格模型的运动节点位置,设置为骨骼节点;步骤20232、两运动节点之间通过骨骼进行连接,所有骨骼和关节构成一个骨架,即“三机”的骨骼模型;步骤20233、建立综采三机骨骼模型的层级关系,模拟真实“三机”的运动;步骤20234、利用3Dmax建模软件的骨骼创建功能,从根节点到子节点逐一将父节点和子节点连接起来,完成综采三机骨骼模型的建立;步骤2024、运用3Dmax软件的骨骼蒙皮绑定技术,将三维网格模型与骨骼模型进行绑定,实现蒙皮顶点与骨骼模型节点的一致运动,具体过程为:步骤20241、骨骼皮肤数据匹配;步骤20242、节点与皮肤对应关系设定和权值计算;步骤20243、利用皮肤骨骼绑定算法进行绑定。步骤203、先建立煤壁模型,再建立煤壁信息数据表,用来存储煤壁模型,所述煤壁信息数据表包括编号ID和名称Name两个属性;具体实施时,所述煤壁模型采用纹理映射技术增强图像的真实感,拍摄真实煤壁的照片,通过WebGL纹理映射功能得到相应纹理,贴在表示煤壁的矩形上,得到逼真效果。煤壁纹理映射的实现方式如图3所示。其具体实现步骤为:步骤A、定义纹理对象;步骤B、生成纹理对象数组;步骤C、调用glBindTexture方法选择纹理对象,完成煤壁纹理对象的定义;步骤D、调用glLoadTexture方法加载纹理对象,完成煤壁纹理对象的显示;步骤E、在程序结束之前调用glDeleteTextures方法,删除煤壁纹理对象。步骤204、建立综采三机运动部件旋转角度信息数据表,用来存储每个节点的旋转角度,所述综采三机运动部件旋转角度信息数据表包括编号ID、设备名称DeviceName、节点编号NodeId、转角RotationAngle和时间TimeTemp五个属性;步骤205、建立综采三机运动部件位移信息数据表,用来存储每个节点的位移信息,所述综采三机运动部件位移信息数据表包括编号ID、设备名称DeviceName、节点编号NodeId、位移Displacement和时间TimeTemp五个属性。步骤三、所述工业现场服务器3构建综采三机虚拟模型驱动模块,实现三机虚拟模型的实时驱动,动态地展示综采三机设备的实时运行状态,并显示到客户端计算机4上。本实施例中,步骤三中所述工业现场服务器3构建综采三机虚拟模型驱动模块,实现三机虚拟模型的实时驱动的具体过程为:步骤301、初始化场景:基于WebGL标准,运用JavaScrip客户端脚本语言实现场景的初始化,需要初始化的对象包括渲染器、场景、相机、灯光和综采三机虚拟模型和煤壁;步骤302、加载状态数据:综采三机启动运行后,应用程序请求SQLserver数据库中各节点的实时运动状态数据,加载至前台用于模型状态的计算;步骤303、计算模型状态:采用齐次坐标变换矩描述三机模型状态的变换,实时驱动控制综采三机骨骼模型的运动,进而实现三机虚拟模型的实时驱动。本实施例中,步骤303中所述采用齐次坐标变换矩描述三机模型状态的变换,实时驱动控制综采三机骨骼模型的运动,进而实现三机虚拟模型的实时驱动的具体过程为:步骤3031、静止状态下三机骨骼之间的顶点坐标计算,具体过程为:步骤30311、设子骨骼坐标系、父骨骼坐标系和虚拟三维空间世界坐标系位于同一张图中,如图4所示;虚拟三维空间世界坐标系的原点为O1,虚拟空间中有一个两关节液压支架骨骼模型,液压支架的两节点坐标为和网格曲面上有一个顶点V,Vcxc,yc,zc为顶点V在子骨骼坐标系中的坐标;步骤30312、将顶点V从子骨骼坐标系转换到父骨骼坐标系:Vp=Vc·Mc→p;步骤30313、将顶点V从父骨骼坐标转换到虚拟三维空间世界坐标系:Vw=Vp·Mp→w;步骤30314、得到顶点V从子骨骼坐标系直接转换到虚拟三维空间世界坐标系的过程为Vw=Vc·Mc→p·Mp→w,其矩阵转换形式为:步骤3032、骨骼运动状态下的积累变换与顶点位置变换,具体过程为:步骤30321、子骨骼相对于自己的本地坐标系的变换为Mtc,父骨骼相对于自己的本地坐标系的变换为Mtp,则子骨骼在本地坐标系中发生的运动变换转换到父骨骼坐标系中为V′p=Vc·Mtc·Mtp;步骤30322、将V′p变换至世界坐标系,得到骨骼运动后Vc在世界坐标下的新坐标V′w且V′w=V′p·Mtp·Mp→w=Vc[MtcMc→pMtpMp→w];步骤30323、绑定到任何一根骨骼上的顶点,都根据顶点在该骨骼本地坐标系中的位置,得到它在骨骼运动之后在世界坐标下的新位置,具体方法为:V′w·本地坐标系内变换·变换到父坐标系·父坐标系内变换·变换到祖坐标系·祖坐标系内变换·…,直到变换到世界坐标系;将“父坐标系内变换·变换到祖坐标系·祖坐标系内变换·…,直到变换到世界坐标系”这一变换链定义为父骨骼的积累变换,则任一骨骼的积累变换为:本地变换·变换到父坐标系·父骨骼的积累变换,即只要知道当前骨骼的积累变换,就能算出与骨骼相关联顶点运动变换后的世界坐标,用同样的方法遍历三机网格模型上所有顶点一次,则所有顶点位置随骨骼运动而更新一次;步骤3033、与骨骼相关联的网格顶点坐标计算,已知顶点V的初始世界坐标为Vw和相连骨骼的积累变换矩阵,求骨骼运动后顶点V的新世界坐标;具体过程为:步骤30331、把各顶点的世界坐标转换成与之相关联的骨骼坐标下的本地坐标;步骤30332、与顶点V相连的骨骼原点坐标为则Vw-O3即得到顶点V在相连子骨骼本地坐标的位置Vc,这个过程统一成矩阵计算为:步骤30333、将Vw坐标处理成矩阵[xwywzw1],乘上变换阵Mw→c即得Vc坐标矩阵;步骤30334、得到骨骼运动时网格模型的顶点世界坐标变换为:V′w=Vc[MtcMc→pMtpMp→w]=VmMw→c[MtcMc→pMtpMp→w];当有更多级骨骼的运动计算时,将式子右边积累变换式逐级传递;步骤3034、编程驱动三机虚拟模型,具体方法为:从网格模型文件中读取顶点运动初始状态时在世界坐标系中的位置坐标,遍历所有顶点,实现整个网格顶点位置更新,实现三机虚拟模型的移动和转动;从网格模型文件中读取多级骨骼坐标系之间的变换矩阵以及各骨骼坐标系原点的世界坐标的初始值,并根据综采三机各运动部件的运动形式为在特定平面内的绕轴转动和移动两种,确定各级骨骼在各自本地坐标系下发生运动变换的矩阵,实现三机虚拟模型运动变换。具体实施时,控制三机骨骼模型运动就能控制三机虚拟模型运动,这里选取部分骨骼,控制这些骨骼段运动,例如,如图5所示,A、B、C、D为销轴节点,a、b、c为骨骼,设a、c骨骼绕销轴节点A旋转φ角度,A点坐标为Axa,ya,za,B点坐标为Bxb,yb,zb,C点坐标为Cxc,yc,zc,该变换采用轴角法进行计算:向量AB=xb-xa,yb-ya,zb-za,向量AC=xc-xa,yc-ya,zc-za,该旋转可表示为向量AC绕A点的逆时针转动,即做向量AB与向量AC的叉乘,即AB×AC,方向垂直ABC平面向外;骨骼a绕A点旋转φ角的变换矩阵为M1,旋转后C点的新坐标为C′=AC·M1+A,由于骨骼的局部坐标系建立在骨骼节点处A点,因此a骨骼在本地坐标系下绕法线normal旋转α角所得向量AC’即为C’点在局部坐标系中的坐标值。同理运用计算M1的方法就能够计算得到各级骨骼在各自本地坐标系下发生运动变换的矩阵。另外,具体实施时,通过坐标变换算出顶点运动后的坐标后,还经过WebGL三维动画引擎的计算和渲染,WebGL引擎根据所有顶点运动后的新坐标计算出顶点在显示屏上的新显示位置,给顶点加上材质和贴图渲染显示出来,这样人们看到的是一个外形和纹理都与真实综采三机相似的图像,其程序过程如图6所示。具体步骤用文字描述为:步骤A、设置状态数据采集频率:根据人眼的视觉特点,三维模型运动显示帧率在25帧秒以上时,将产生连续的动画效果,所以选取25次秒的速度更新综采三机运动数据;步骤B、设置运动部件标记点:在模型导入过程中,模型的位置信息得以保存,但部分机械约束会丢失,在SolidWorks建模软件中,在每个部件运动的关键节点处装配一个特定标志物来标记此关键节点,保证该部件运动信息的真实性和可靠性;步骤C、模型加载:先通过Web服务器端的技术ASP将后台数据格式转化成JSON格式,再以AJAX的方式将数据送往客户端,然后利用JavaScript调用three.js中相应的API,将数据以三维的方式显示出来;步骤D、模型实时渲染:获取三角形面片的相关数据后,将这些数据传递给显卡进行计算,最终完成模型可视化。JavaScript解析到三角形面片的顶点数据后,通过缓冲区对象将数据传递给显卡,调用顶点着色器完成图元装配以及光栅化,通过片元着色器将像素颜色写入颜色缓冲区,最终在浏览器中显示出来。以上所述,仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明作任何限制,凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化,均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

权利要求:1.一种综采三机跨平台远程实时运动跟踪系统,其特征在于:包括传感器组、PLC组、工业现场服务器3和客户端计算机4,所述传感器组包括多个液压支架立柱压力传感器1-1、多个液压支架立柱位移传感器1-2、多个液压支架推移位移传感器1-3、多个液压支架推移压力传感器1-4、采煤机行走位移编码器1-5、采煤机左摇臂倾角传感器1-6、采煤机右摇臂倾角传感器1-7、第一采煤机行程限位开关1-8和第二采煤机行程限位开关1-9,所述PLC组包括第一液压支架PLC模块2-1、第二液压支架PLC模块2-2、第三液压支架PLC模块2-3、第四液压支架PLC模块2-4和采煤机PLC模块2-5,多个所述液压支架立柱压力传感器1-1均与第一液压支架PLC模块2-1的输入端连接,多个所述液压支架立柱位移传感器1-2均与第二液压支架PLC模块2-2的输入端连接,多个所述液压支架推移位移传感器1-3均与第三液压支架PLC模块2-3的输入端连接,多个所述液压支架推移压力传感器1-4均与第四液压支架PLC模块2-4的输入端连接,所述采煤机行走位移编码器1-5、采煤机左摇臂倾角传感器1-6、采煤机右摇臂倾角传感器1-7、第一采煤机行程限位开关1-8和第二采煤机行程限位开关1-9均与采煤机PLC模块2-5的输入端连接,所述第一液压支架PLC模块2-1、第二液压支架PLC模块2-2、第三液压支架PLC模块2-3、第四液压支架PLC模块2-4和采煤机PLC模块2-5均与工业现场服务器3相接,所述工业现场服务器3与客户端计算机4相接。2.按照权利要求1所述的一种综采三机跨平台远程实时运动跟踪系统,其特征在于:所述第一液压支架PLC模块2-1、第二液压支架PLC模块2-2、第三液压支架PLC模块2-3、第四液压支架PLC模块2-4和采煤机PLC模块2-5均通过以太网与工业现场服务器3相接,所述工业现场服务器3通过以太网与客户端计算机4相接。3.按照权利要求1所述的一种综采三机跨平台远程实时运动跟踪系统,其特征在于:所述采煤机左摇臂倾角传感器1-6和采煤机右摇臂倾角传感器1-7均为BWM427Modbus双轴倾角传感器。4.按照权利要求1所述的一种综采三机跨平台远程实时运动跟踪系统,其特征在于:所述第一液压支架PLC模块2-1、第二液压支架PLC模块2-2、第三液压支架PLC模块2-3、第四液压支架PLC模块2-4和采煤机PLC模块2-5均为西门子S7-1200PLC模块。5.一种采用如权利要求1所述系统的综采三机跨平台远程实时运动跟踪方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:步骤一、数据采集及传输:当采煤机、液压支架、刮板运输机开始运行时,多个所述液压支架立柱压力传感器1-1对液压支架立柱的压力进行实时检测并将检测到的信号输出给第一液压支架PLC模块2-1,多个所述液压支架立柱位移传感器1-2对液压支架立柱的位移进行实时检测并将检测到的信号输出给第二液压支架PLC模块2-2,多个所述液压支架推移位移传感器1-3对液压支架推移位移进行实时检测并将检测到的信号输出给第三液压支架PLC模块2-3,多个所述液压支架推移压力传感器1-4对液压支架推移压力进行实时检测并将检测到的信号输出给第四液压支架PLC模块2-4,所述采煤机行走位移编码器1-5对采煤机行走位移进行实时检测并将检测到的信号输出给采煤机PLC模块2-5,所述采煤机左摇臂倾角传感器1-6对采煤机左摇臂倾角进行实时检测并将检测到的信号输出给采煤机PLC模块2-5,所述采煤机右摇臂倾角传感器1-7对采煤机右摇臂倾角进行实时检测并将检测到的信号输出给采煤机PLC模块2-5,所述第一采煤机行程限位开关1-8对采煤机运动到第一端头进行实时检测并将检测到的信号输出给采煤机PLC模块2-5,所述第二采煤机行程限位开关1-9对采煤机运动到第二端头进行实时检测并将检测到的信号输出给采煤机PLC模块2-5;所述第一液压支架PLC模块2-1、第二液压支架PLC模块2-2、第三液压支架PLC模块2-3、第四液压支架PLC模块2-4和采煤机PLC模块2-5均将其接收到的综采三机的状态数据传输给工业现场服务器3;步骤二、所述工业现场服务器3将其接收到的综采三机的状态数据导入到SQLServer数据库存储模块中进行存储,并同时进行综采三机虚拟模型数据和虚拟煤壁模型数据的存储;步骤三、所述工业现场服务器3构建综采三机虚拟模型驱动模块,实现三机虚拟模型的实时驱动,动态地展示综采三机设备的实时运行状态,并显示到客户端计算机4上。6.按照权利要求5所述的方法,其特征在于:步骤二中所述工业现场服务器3将其接收到的综采三机的状态数据导入到SQLServer数据库存储模块中进行存储,并同时进行综采三机虚拟模型数据和虚拟煤壁模型数据的存储的具体过程为:步骤201、建立综采三机状态数据存储表,并将综采三机的状态数据经OPC应用程序自动存入综采三机状态数据存储表中;所述综采三机状态数据存储表包括编号、数据项、数据值和时间戳四个属性;步骤202、建立综采三机模型信息数据表,用来存储模型文件信息,所述综采三机模型信息数据表包括编号、模型编号、节点编号、模型名字和STL格式模型文件路径五个属性;步骤203、先建立煤壁模型,再建立煤壁信息数据表,用来存储煤壁模型,所述煤壁信息数据表包括编号和名称两个属性;步骤204、建立综采三机运动部件旋转角度信息数据表,用来存储每个节点的旋转角度,所述综采三机运动部件旋转角度信息数据表包括编号、设备名称、节点编号、转角和时间五个属性;步骤205、建立综采三机运动部件位移信息数据表,用来存储每个节点的位移信息,所述综采三机运动部件位移信息数据表包括编号、设备名称、节点编号、位移和时间五个属性。7.按照权利要求6所述的方法,其特征在于:步骤202中所述建立综采三机模型信息数据表的具体过程为:步骤2021、对综采三机实体进行单元分割,将双滚筒采煤机单元分割为左滚筒、右滚筒、左摇臂、右摇臂和机身,将液压支架单元分割为护帮板、前梁、顶梁、立柱、掩护梁、前连杆、后连杆、底座和推移油缸,将刮板运输机单元分割为链轮、链条与刮板、以及中部槽;步骤2022、根据综采三机的型号和参数得到真实三机的外观大小和各部分比率尺寸;由真实尺寸按照一定比例,利用Soidworks三维建模软件初步建立三机的三维模型并进行优化;步骤2023、建立综采三机虚拟现实骨骼模型,具体过程为:步骤20231、根据综采三机运动关节在本体上的确切位置,确定“三机”三维网格模型的运动节点位置,设置为骨骼节点;步骤20232、两运动节点之间通过骨骼进行连接,所有骨骼和关节构成一个骨架,即“三机”的骨骼模型;步骤20233、建立综采三机骨骼模型的层级关系,模拟真实“三机”的运动;步骤20234、利用3Dmax建模软件的骨骼创建功能,从根节点到子节点逐一将父节点和子节点连接起来,完成综采三机骨骼模型的建立;步骤2024、运用3Dmax软件的骨骼蒙皮绑定技术,将三维网格模型与骨骼模型进行绑定,实现蒙皮顶点与骨骼模型节点的一致运动,具体过程为:步骤20241、骨骼皮肤数据匹配;步骤20242、节点与皮肤对应关系设定和权值计算;步骤20243、利用皮肤骨骼绑定算法进行绑定。8.按照权利要求7所述的方法,其特征在于:步骤2022中所述利用Soidworks三维建模软件初步建立三机的三维模型并进行优化的具体过程为:步骤20221、将Solidworks中所建立的三机模型保存成.STL文件;步骤20222、将.STL文件导入CATIA软件中进行优化,去除不关注的组件和结构,所述不关注的组件和结构包括模型中包含的大量孔和凹槽,减小模型的复杂度,将圆角长方体用长方体代替,减少模型的面片数,利用CATIA软件中的DMU优化工具对模型进行优化;步骤20223、将.STL文件导入3Dmax软件中进行优化,对于重复模型,只保留一个原型,其他实例为原型的引用,减小模型文件的大小,进一步减少模型的面片数,降低模型的复杂度;步骤20224、将.STL文件导入DeepExploration软件中进行优化,利用DeepExploration软件对CATIA软件和3Dmax软件模型进行转换,并实现文件的合并删除,最终保存成.STL文件。9.按照权利要求5所述的方法,其特征在于:步骤三中所述工业现场服务器3构建综采三机虚拟模型驱动模块,实现三机虚拟模型的实时驱动的具体过程为:步骤301、初始化场景:基于WebGL标准,运用JavaScrip客户端脚本语言实现场景的初始化,需要初始化的对象包括渲染器、场景、相机、灯光和综采三机虚拟模型和煤壁;步骤302、加载状态数据:综采三机启动运行后,应用程序请求SQLserver数据库中各节点的实时运动状态数据,加载至前台用于模型状态的计算;步骤303、计算模型状态:采用齐次坐标变换矩描述三机模型状态的变换,实时驱动控制综采三机骨骼模型的运动,进而实现三机虚拟模型的实时驱动。10.按照权利要求9所述的方法,其特征在于:步骤303中所述采用齐次坐标变换矩描述三机模型状态的变换,实时驱动控制综采三机骨骼模型的运动,进而实现三机虚拟模型的实时驱动的具体过程为:步骤3031、静止状态下三机骨骼之间的顶点坐标计算,具体过程为:步骤30311、设子骨骼坐标系、父骨骼坐标系和虚拟三维空间世界坐标系位于同一张图中,虚拟三维空间世界坐标系的原点为O1,虚拟空间中有一个两关节液压支架骨骼模型,液压支架的两节点坐标为和网格曲面上有一个顶点V,Vcxc,yc,zc为顶点V在子骨骼坐标系中的坐标;步骤30312、将顶点V从子骨骼坐标系转换到父骨骼坐标系:Vp=Vc·Mc→p;步骤30313、将顶点V从父骨骼坐标转换到虚拟三维空间世界坐标系:Vw=Vp·Mp→w;步骤30314、得到顶点V从子骨骼坐标系直接转换到虚拟三维空间世界坐标系的过程为Vw=Vc·Mc→p·Mp→w,其矩阵转换形式为:步骤3032、骨骼运动状态下的积累变换与顶点位置变换,具体过程为:步骤30321、子骨骼相对于自己的本地坐标系的变换为Mtc,父骨骼相对于自己的本地坐标系的变换为Mtp,则子骨骼在本地坐标系中发生的运动变换转换到父骨骼坐标系中为V′p=Vc·Mtc·Mtp;步骤30322、将V′p变换至世界坐标系,得到骨骼运动后Vc在世界坐标下的新坐标V′w且V′w=V′p·Mtp·Mp→w=Vc[MtcMc→pMtpMp→w];步骤30323、绑定到任何一根骨骼上的顶点,都根据顶点在该骨骼本地坐标系中的位置,得到它在骨骼运动之后在世界坐标下的新位置,具体方法为:V′w·本地坐标系内变换·变换到父坐标系·父坐标系内变换·变换到祖坐标系·祖坐标系内变换·…,直到变换到世界坐标系;将“父坐标系内变换·变换到祖坐标系·祖坐标系内变换·…,直到变换到世界坐标系”这一变换链定义为父骨骼的积累变换,则任一骨骼的积累变换为:本地变换·变换到父坐标系·父骨骼的积累变换,即只要知道当前骨骼的积累变换,就能算出与骨骼相关联顶点运动变换后的世界坐标,用同样的方法遍历三机网格模型上所有顶点一次,则所有顶点位置随骨骼运动而更新一次;步骤3033、与骨骼相关联的网格顶点坐标计算,已知顶点V的初始世界坐标为Vw和相连骨骼的积累变换矩阵,求骨骼运动后顶点V的新世界坐标;具体过程为:步骤30331、把各顶点的世界坐标转换成与之相关联的骨骼坐标下的本地坐标;步骤30332、与顶点V相连的骨骼原点坐标为则Vw-O3即得到顶点V在相连子骨骼本地坐标的位置Vc,这个过程统一成矩阵计算为:步骤30333、将Vw坐标处理成矩阵[xwywzw1],乘上变换阵Mw→c即得Vc坐标矩阵;步骤30334、得到骨骼运动时网格模型的顶点世界坐标变换为:V′w=Vc[MtcMc→pMtpMp→w]=VmMw→c[MtcMc→pMtpMp→w];当有更多级骨骼的运动计算时,将式子右边积累变换式逐级传递;步骤3034、编程驱动三机虚拟模型,具体方法为:从网格模型文件中读取顶点运动初始状态时在世界坐标系中的位置坐标,遍历所有顶点,实现整个网格顶点位置更新,实现三机虚拟模型的移动和转动;从网格模型文件中读取多级骨骼坐标系之间的变换矩阵以及各骨骼坐标系原点的世界坐标的初始值,并根据综采三机各运动部件的运动形式为在特定平面内的绕轴转动和移动两种,确定各级骨骼在各自本地坐标系下发生运动变换的矩阵,实现三机虚拟模型运动变换。

百度查询: 西安科技大学 一种综采三机跨平台远程实时运动跟踪方法

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