基于虚拟现实的矿井救援机器人远程控制技术

李 明

（兰州资源环境职业技术学院，甘肃 兰州 730000）

由于矿井井下的地质结构十分的复杂，开采作业时的工作环境十分恶劣。随着近几年国家制定的一系列解决措施的不断落实，虽然在一定程度上减轻了矿井事故给人们带来的危害程度，但是事实上我国仍存在着水灾和瓦斯突发状况引起的众多矿井施工事故。并且由于矿井事故突具有发性和继发性的恶劣特性，在世界范围内，人们越来越重视对矿井事故的防治和救援工作，尤其在矿难后的救援体系方面，人们提出了很多具有现实意义的可行方案。并且针对传统救援过程中出现的救援周期长、救援工作环境恶劣等问题进行了一系列可行性措施的探究和分析。为了避免事故频繁发生致使矿井工人的生命安全受到严重的威胁，本文将详细介绍基于虚拟现实技术（VR）的矿井救援机器人远程操控技术，希望对事故防治和救援工作研究提供一定的参考。

1 运用虚拟现实技术的矿井救援机器人远程操控系统的总设计

运用VR技术生产的矿井救援机器人远程操控系统是通过VR仿真平台、远程操控通信系统以及监测定位系统三者相结合实现的一种新型技术。以下为VR矿井救援机器人远程操控系统的基本工作原理：这种机器人的具体工作原理是借助矿井设计图纸对井下地图数据库进行更新为基础实现的。首先需要在初始地图上针对救援机器人进行定位，然后操作机器人进行井下移动动作，进而利用VR仿真平台实现机器人的有效工作。通过在救援机器人装置上安装测距仪等，可以实现对矿井机器人四周环境信息的实时接收，融合传感器的各项数据，运用动态建模技术能够对巷道的局部位置进行建模。可以根据机器人的虚拟样机状态来制订可行的控制策略，并且在运行的过程中可以实现对救助机器人的控制器进行路径修改和修正，以达到在复杂的位置环境中实现对机器人进行决策和辅助的目的，进而促进矿井下救援工作的平稳进行。

2 依托VR技术矿井救援机器人的具体远程操作方法

为了能够有效地实现对VR矿井救援机器人的远程操控，并且建立机器人运动的控制模型，增强虚拟仿真的效果，可以依照矿井下巷道的具体布局创建原始的巷道。挺尸通过建立仿真机器人模型能够有效地实现对模拟仿真运动效果的实时监测，运用传感器的数据能够准确定位矿井救援机器人的位置，当发生矿井意外时，就可以根据系统的传感器测得的信息对井下坍塌情况进行反馈，有助于根据实际情况来制订控制的方法策略，能够大幅度的提升矿井下进行救援工作的效率。

（1）救援机器人的运动控制模型。在远程控制矿井救援机器人进行井下救援工作时，第一步需要先建立一个机器运动轨迹的控制模型，通过运用履带单元控制机器人的移动行为，协调机器人的单摆臂运动能够控制机器人施行抬举和放下的运动，从而促进对机器人运动状态的调整。在建立VR仿真机器人模型时，需要通过建立一个机器人的控制坐标系，基于巷道的走向来建立局部的静态坐标系，运用救援机器人携带的传感装置收集到的具体数据可以确定机器人在巷道中的位置，在机器人的中心位置建立坐标系有助于促进机器人的运动控制工作。

（2）救援机器人的远程操控。在矿井救援机器人在井下依托VR仿真平台进行运动时，操作人员可以根据虚拟样机的仿真运动，通过远程控制做出判断和决策行为。针对机器人装置的传感器所收集到的一系列数据，可以对机器人的虚拟样机位置和具体运行姿态进行操控。

通过保持机器人和虚拟样机之间的一致性，能够实现通过远程操控平台使虚拟样机代替矿井下的救援机器人作为操控对象，操控人员可以对虚拟样机的具体状态进行控制和判断，从而完成移动轨迹的规划工作，并有序执行预设指令。除此之外，通过观察仿真图像能够促进远程操控的可靠程度，提高救援机器人的工作效率。

（3）矿井救援机器人的应急通信方案。VR救援机器人是以无线通信模块为技术支持来实现通信系统的有效数据传输的。由于矿井下的地质环境十分复杂和恶劣，一般情况下通信信号十分微弱，会导致通信受阻。针对这种情况可以采用以下措施进行应急处理：①首先当远程操纵救援机器人下入矿井时，应为其装置多个中继器，这样在井下的地理环境和信息状况可行的状态下，可以解决通信网络断点的问题。②通过在指定的规划位置推出无线中继器能够实现恢复、延续网络覆盖，实现应急通信网络的有效搭设。③无线通信中继器能够在复杂的环境中实现通信节点的有效布置工作，同时能够有助于通信信道链的安全延长。

（4）救援机器人的显示技术和定位技术。在对救援机器人进行远程操控的过程当中，需要实时对机器人的位置进行确定，在机器人集体上安装编码器、传感器和测距仪有助于对机器人实现主动定位，并且通过测距仪、超声传感器等装置能够有效实现被动定位。依托多种数据可以实现以位置坐标的形式反映机器人的运动情况，将机器人的位置坐标显示在虚拟样机上的同时也可以显示它的旋转角度，从而对救援机器人施行无误定位。这样有效保证了即使在复杂的工况之下也可以对救援机器人进行远程人工干预和辅助决策，增强对机器人定位的可靠程度。

（5）实施救援工作场地的动态建模技术。在矿井下发生意外事故时，井下的地质条件将会变得更加复杂。并且由于随时都可能发生二次毁坏的情况，井下救援环境可能会更加多变和不可控。因此当救援机器人进入地下矿井实施救援工作时，可以将通过机器人身上携带的测距仪以及传感器接收的数据进行解析运算，依照所得结果画出机器人运动过程中遭遇障碍物的轨迹，基于轨迹路径可以实现在远程操控平台上进行动态建模工作，从而促进救援工作效率提升。

3 总结

本文针对基于虚拟仿真技术的矿井救援机器人进行了详细的介绍了分析，有效地证实应用此类VR救援机器人能够有效地提升地下矿井救援工作的效率，同时也进一步证实了我国VR技术研究工作卓有成效，真正意义上便利了人们的生活、提高了人们的工作效率，并且促进了防治矿井事故工作的有效进行，在技术上很大程度上实现了虚实同步和人机协同操控的目标，较传统技术支持下的救援机器人具有优越性和先进性，值得进一步优化和广泛推广使用。