煤田地质与勘探

作者：毛清华, 司马俊雷, 马宏伟, 王川伟, 陈彦璋, 郭文瑾, 崔闻达, 成佳帅,

关键词：面间煤柱, 数字孪生, 掘支机器人集群, 模型轻量化, 二次误差度量, 轨迹预测−修正,

目的针对面间煤柱掘支机器人集群虚拟模型数据量大、数据传输异常等导致虚实同步效果不佳问题，提出了一种基于三维模型轻量化与轨迹预测−修正模型的数字孪生掘支机器人集群高效虚实同步方法。方法定义了配合依赖顶点的概念，通过引入配合依赖顶点坍缩影响因子来改进二次误差度量算法，约束装配体三维模型轻量化过程使其保持各构件之间的配合关系，减小三维模型数据规模；建立了掘支机器人集群轨迹预测−修正模型，基于Self-Attention-LSTM轨迹预测算法预测孪生机器人集群的运动轨迹，结合二次插值法实时修正预测轨迹，保证虚拟模型与物理装备虚实同步的时空一致性。并构建了数字孪生掘支机器人集群高效虚实同步模拟验证平台。结果和结论引入配合依赖顶点坍缩影响因子约束轻量化过程，可有效抑制三维模型几何误差的增长，保持装配体配合面基本不变，可达到90%数据压缩率；1.5 s运动轨迹预测任务中，Self-Attention-LSTM轨迹预测算法误差最小，轨迹预测－修正方法可使驱动轨迹的MAD缩小74.28%，有效保障虚实同步一致性与平稳性；虚实同步延迟最大为55.28 ms，最大虚实同步位置绝对误差为1.93 mm、相对误差为1.07%，实现了掘支机器人集群高精度、低延迟虚实同步。提出的高效虚实同步方法为提升煤矿装备数字孪生系统运行效率提供了新思路。

来源：2025年第5期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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