[发明专利]一种掘进机数字孪生建模方法

权利要求书

1.一种掘进机数字孪生建模方法，其特征在于：包括以下步骤，

S100：根据掘进机物理实体结构和功能对掘进机虚拟实体的结构进行简化，建立掘进机数字孪生虚拟实体模型；

S200：在物理引擎NX MCD中设置物理功能；

S300：在物理引擎NX MCD设置通信功能；

S400：在TIA博途中编写PLC程序，通过PLC程序控制掘进机物理实体按掘进工艺流程顺序动作，同时接收掘进机物理实体所配传感器的运动学信号；

S500：在TIA博途中设置OPC UA服务器；

S600：在物理引擎NX MCD中设置信号映射，将运动学数据和PLC程序的信号与输入信号适配器和输出信号适配器中的信号，一一映射，实现数据互通；

所述运动学数据包括位移传感器、倾角传感器和里程计三种数据传感器收集的数据，所述位移传感器设置位置包括：1）截割部的伸缩臂与截割部的悬臂之间，测量悬臂伸缩距离；2）截割部的悬臂左右两侧与主体部之间，测量截割部左右旋转时的移动距离；3）截割部的悬臂上下两侧与主体部之间，测量截割部上下旋转时的移动距离；所述倾角传感器设置位置包括：1）铲板部与主体部之间，测量铲板部上下旋转时的旋转角度；2）后支承部与主体部之间，测量后支承部上下旋转时的旋转角度；所述里程计位置在行走部，测量行走部向前向后的移动距离。

2.根据权利要求1所述的掘进机数字孪生建模方法，其特征在于：所述步骤S100中，掘进机物理实体动作包括：整体前进后退，后支承起落，刮板运输机运输，铲板起落，铲板星轮旋转，悬臂左右转动，悬臂起落，悬臂伸缩和截割头截割；根据上述掘进机物理实体动作，掘进机虚拟实体简化结构为：悬臂截割部（1）、旋转部（2）、铲板部（3）、主体部（4）、行走部（5）、运输部（6）和后支承部（7）。

3.根据权利要求2所述的掘进机数字孪生建模方法，其特征在于：所述步骤S200中，物理功能包括基本机电对象、运动副和约束、传感器以及执行器，其中主体部（4）、行走部（5）和运输部（6）之间没有相对运动，将其设置为一个刚体，行走部（5）与地面设置滑动副及速度控制。

4.根据权利要求2所述的掘进机数字孪生建模方法，其特征在于：所述步骤S200中，所述悬臂截割部（1）包括：截割头（10）、伸缩臂（11）、悬臂（12）和悬臂油缸（13），所述截割头（10）设置刚体、碰撞体、碰撞传感器以及与所述伸缩臂（11）设置铰链副及速度控制；

所述伸缩臂（11）为刚体，与悬臂（12）设置滑动副及位置控制；

所述悬臂（12）设置刚体；

所述悬臂油缸（13）中的油缸活塞杆和所述悬臂油缸（13）中的油缸缸体分别设置刚体，所述悬臂油缸（13）中的油缸活塞杆与所述悬臂（12）设置铰链副，所述悬臂油缸（13）中的油缸缸体与所述主体部（4）设置铰链副，所述悬臂油缸（13）中的油缸活塞杆和所述悬臂油缸（13）中的油缸缸体设置滑动副及位置控制。

5.根据权利要求2所述的掘进机数字孪生建模方法，其特征在于：所述步骤S200中，所述旋转部（2）包括旋转平台（20）和旋转部油缸（21）；

所述旋转平台（20）设置刚体，旋转平台（20）与所述主体部（4）设置铰链副；

所述旋转部油缸（21）中的油缸活塞杆和所述旋转部油缸（21）中的油缸缸体分别设置刚体，所述旋转部油缸（21）中的油缸活塞杆与所述旋转平台（20）设置铰链副，

所述旋转部油缸（21）中的油缸缸体与所述主体部（4）设置铰链副，所述旋转部油缸（21）中的油缸活塞杆和所述旋转部油缸（21）中的油缸缸体设置滑动副及位置控制。