崔強

（安徽機電職業(yè)技術學院機械工程系，安徽蕪湖241000）

水倉自動清淤裝置虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品仿真系統(tǒng)的設計研究

崔強

（安徽機電職業(yè)技術學院機械工程系，安徽蕪湖241000）

以虛擬現(xiàn)實技術為理論基礎、泵吸式水倉清淤系統(tǒng)為研究對象，提出泵吸式水倉清淤裝置虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品仿真系統(tǒng)的設計方案，完成虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品仿真系統(tǒng)的場景建模及優(yōu)化，構建場景SQL Server信息數(shù)據(jù)庫。最終通過VR-Platform軟件平臺開發(fā)面向網(wǎng)絡的交互式虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品仿真系統(tǒng)，使所有互聯(lián)網(wǎng)用戶通過訪問VRPIE網(wǎng)頁即可實現(xiàn)虛擬場景自主漫游和可控漫游、工作過程演示、人機交互等功能。

虛擬現(xiàn)實；水倉清淤；VR-Platform；仿真系統(tǒng)

隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展，我國煤炭工業(yè)日益向大型化、集中化、高產(chǎn)高效的方向發(fā)展，但礦井下水倉清理的技術難題至今還沒有得到根本解決。同時煤礦井下水倉環(huán)境復雜，人們無法清楚地掌握清淤設備的工作情況和相關設備的運轉狀態(tài)等，這阻礙了水倉清理技術的進一步發(fā)展。

虛擬現(xiàn)實技術的出現(xiàn)為煤礦井下水倉清理的技術發(fā)展提供了一種新的思路和方法，即利用虛擬現(xiàn)實技術建立虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品仿真系統(tǒng)，模擬煤礦井下水倉的復雜環(huán)境及清淤設備的工作情況，實現(xiàn)真正可視化的具有身臨其境效果的交互方式，使煤礦井下水倉清理技術的發(fā)展走上一個新臺階。

1 泵吸式水倉清淤系統(tǒng)組成及其工作原理

泵吸式水倉清淤系統(tǒng)組成如圖1所示。其工作原理如下：潛于水倉底部的清淤泵車由鋼絲繩牽引，沿鋪設在水倉底部（包括彎道和斜坡）的導軌往復、緩慢地在沉淀池中行走，根據(jù)安裝在沉淀池底部的沉積槽中沉積物的多少來調節(jié)其運行的方向和速度、選擇輸送泵的流量，將沉積物收集到收集器中，在泥漿泵的作用下，經(jīng)沉積物輸送管道將沉積物送入沉淀池，經(jīng)過增壓渣漿泵將沉淀池中的沉積物輸送到壓濾機進行處理，再由礦車運輸?shù)降孛?。?jīng)壓濾機處理沉積物分離出來的水流回水倉，經(jīng)沉淀池的溢流板進入清水倉，再經(jīng)導流板和細微顆粒防沉積噴水嘴，使進入清水倉中的“清水”保持流動，便于用水泵抽到地面。該系統(tǒng)在水倉連續(xù)有效運行的情況下，從根本上解決了水倉清理的技術難題。

圖1 泵吸式水倉清淤系統(tǒng)

2 泵吸式水倉清淤裝置設計

根據(jù)煤礦井下水倉現(xiàn)場調研、煤泥實驗結果及清淤系統(tǒng)設計方案要求，得到初始設計參數(shù)，見表1。根據(jù)初始參數(shù)計算并確定泵吸式水倉清淤裝置的運行阻力和鋼絲繩、清淤泵車、無極繩絞車、滾筒結構等的主要參數(shù)。

表1 初始設計參數(shù)

3 虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品仿真系統(tǒng)場景建模

虛擬現(xiàn)實（VR）場景建模是整個虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品仿真系統(tǒng)建立的基礎，主要包括三維視覺建模和三維聽覺建模。其中視覺建模主要包括幾何建模（Geometric Modeling）、運動建模（Kinematric Modeling）、物理建模（Physical Modeling）、對象行為建模 （Object Behavior Modeling）及模型分割（Model Segmentation）等。

VR-Platform三維互動仿真平臺是一款與3ds Max無縫集成的三維虛擬現(xiàn)實平臺軟件，其模型的接口格式為.max文件，即3ds Max文件。3dsMax是VRP的建模工具，VRP是3ds Max功能的延伸，是3ds Max的三維互動展示平臺，因此選用3ds Max建立場景模型。圖2和圖3分別為清淤泵車模型和泵車運動約束路徑。

圖2 清淤泵車模型

圖3 泵車運動約束路徑

4 虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品仿真系統(tǒng)的建立

建立場景SQL Server信息數(shù)據(jù)庫。虛擬現(xiàn)實場景是對客觀世界的反映，場景的構建就是真實環(huán)境的數(shù)字化過程。場景數(shù)據(jù)庫逼真地反映了真實場景，它主要描述場景中所有的可見目標及其相對的位置關系以及各個相關設備的資料信息。利用SQL Server數(shù)據(jù)庫建立的設備信息表如圖4所示，主要包括產(chǎn)品說明、清淤系統(tǒng)工作原理、水倉清淤系統(tǒng)布置圖、相關設備圖及設備型號、參數(shù)信息等。

圖4 設備信息數(shù)據(jù)表

在數(shù)據(jù)庫里建立數(shù)據(jù)表之后，VR-Platform三維虛擬現(xiàn)實平臺軟件通過ADO數(shù)據(jù)庫接口，與該表建立鏈接，調用表中的相應數(shù)據(jù)，然后在虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品仿真系統(tǒng)的界面適當位置顯示出來。雖然VR-Platform提供了ADO數(shù)據(jù)庫接口，但是仍需要通過一個DLL來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的管理與訪問，因此，設計中需要根據(jù)具體的數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建不同的DLL。

啟動VRP編輯器，將合并存儲好的.vrp文件打開，用VRP編輯器對場景模型進行特效編輯，設置好交互功能，建立SQL Server信息數(shù)據(jù)庫并與其鏈接。

在上述工作完成后，將前期的結果存儲起來。之后，就可以將該虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品仿真系統(tǒng)編譯成一個可獨立執(zhí)行的.exe文件，并對編譯結果進行測試發(fā)布，建立面向網(wǎng)絡的虛擬產(chǎn)品仿真系統(tǒng)。圖5和圖6是面向網(wǎng)絡的井下水倉清淤裝置虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品仿真系統(tǒng)的應用實例。

圖5 二維界面效果圖

圖6 信息查詢功能展示

5 結論

本文在分析國內外煤礦井下水倉清淤設備發(fā)展現(xiàn)狀的基礎上，提出了泵吸式水倉清淤系統(tǒng)的設計方案，并以其為研究對象，利用3ds Max三維建模軟件完成了虛擬產(chǎn)品仿真系統(tǒng)的場景建模，并建立了場景SQL Server信息數(shù)據(jù)庫。通過VRP-Builder實現(xiàn)了場景虛擬的漫游，創(chuàng)建了可控漫游和自動漫游兩種漫游方式，在系統(tǒng)運行過程中，其漫游模式可以通過熱區(qū)、熱鍵或操縱按鈕等來進行切換。實現(xiàn)了泵吸式水倉清淤系統(tǒng)工作過程的三維仿真演示。

今后隨著Internet的飛速發(fā)展，必然可以建立一個面向網(wǎng)絡的虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品仿真系統(tǒng)，使用戶可以在任意一臺連上互聯(lián)網(wǎng)的電腦上訪問，實現(xiàn)虛擬場景的瀏覽和交互。

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【責任編輯 黃艷芹】

Research on Designing the Virtual Reality Products Simulation System of the Sum p Silt-dredging Equipment

CUIQiang
（DepartmentofMechanical Engineering,Anhui Technical College ofMechanical and Electrical Engineering,Wuhu 241000,China）

Based on the virtual reality technique and having studied the pump sump silt-dredging system,this paper has put forth the design projects of virtual reality products simulation system of pump sump silt-dredging equipment,completed the scene modeling and optimization of the system,and built the scene SQL Sever information database,and thus developed the virtual reality products simulation system ultimately through VR-Platform software.By visiting the VRPIE web page,all the internet users can control the system to achieve the functions such as voluntary ramble and controllable ramble of the virtual scene,the demo of the working process and theman-machine interaction.

virtual reality；sump dredging；VR-Platform；simulation system

TP391.9

A

2095-7726（2015）06-0062-04

2014-10-20

崔強（1982-），男，安徽蕪湖人，講師，碩士研究生，研究方向：機械設計與制造。