张智跃 梁 旭 游江维

（中国矿业大学〈北京〉机电与信息工程学院，中国 北京100083）

0 引言

采用虚拟现实技术（VR）进行采煤工作面的三维场景仿真，将整个采煤过程可视化，进行采矿生产过程模拟，服务于工作面的隐患预警，提高煤炭开采的安全性，用于煤矿人员技术培训。

采煤工作面的设备包括刮板输送机、采煤机和液压支架，其中液压支架的结构组成复杂。液压支架由多个部件构成，组件类型多，部件的运动模式各不相同，包括垂直方向的升降运动、水平方向的平移运动，依赖升降的旋转运动等，组件间的运动关系难以准确描述。准确的实施液压支架运动仿真的基础是设计液压支架的运动控制技术，也是采煤工作面仿真的关键技术。

VR技术在煤矿领域的仿真工作主要有煤矿设备的虚拟设计、矿井火灾模拟和瓦斯爆炸模拟[1]等，但存在设备仿真模型粗糙、场景控制技术简单和实时性差等缺陷。由于采煤设备的多样性、采煤过程和场景的复杂性，采煤工作面的场景仿真研究很少。液压支架的运动仿真及运动控制的相关研究没有见诸报道。

1 基于时间参数的路径无关关键帧生成技术

1.1 液压支架的构成及运动关系

1.1.1 液压支架的组件

液压支架一共由六个部件组成：前梁、顶梁、立柱、底座、掩护梁和连杆，如图1。液压支架的构造可以简化为图2，其中A为顶梁，B是立柱，C是底座，D掩护梁，E是连杆,F是前梁。

图1 液压支架原图

图2 液压支架示意图

1.1.2 液压支架的运动关系