一种掘进机的空间位姿自动测量方法

摘要

本发明涉及一种掘进机的空间位姿自动测量方法，它是针对掘进机在煤矿井下狭小空间掘进作业的实际情况，在掘进机的后部设置工业摄像机、工控计算机、激光指向仪、图像采集卡，对掘进机煤岩断面的位姿进行测量、计算，确认机身最合理的位姿，然后指令进行采掘作业，使作业人员远离危险地段，减少突发事故，提高采掘的安全性，使掘进机处于最佳、最合理的作业位置和状态，最大覆盖角度为±60°，位移检测偏差＜10mm，偏转角检测精度为±12′，俯仰角检测精度为±6′，横滚角检测精度为±6′，以提高采掘质量和效率，此方法先进、合理、准确，是十分理想的采煤掘进机的采掘位姿测量方法，此方法也可在隧道采掘作业时使用。

主权项

一种掘进机的空间位姿自动测量方法，其特征在于：使用的测量仪器为激光指向仪、工业摄像机、工控计算机、图像采集卡，其规格如下：激光指向仪：YBJ‑600工业摄像机：KBA112工控计算机：PCM‑9387F图像采集卡：CG410测量方法如下：I、布置掘进机及测量仪器，使其处于准工作状态①将掘进机身(2)置于煤岩断面(3)的前部，截割头(8)接触煤岩断面3；②将激光指向仪(4)、工业摄像机(5)、朝向煤岩断面(3)、截割头(8)；③工业摄像机(5)通过导线(9)联接图像采集卡(7)、工控计算机(6)；II、激光指向仪光束与摄像机光轴方向相对位姿测量①设定光斑接收装置在掘进机身后部设置平面形光斑接收装置，平面上水平设置九个距离特征点，并将其排列为三行三列，行、列之间为等间距，九个特征点处于同一平面内，并平行、垂直左、右、上、下轴线；②调整激光指向仪、工业摄像机与光斑接收装置之间的相对位置调整激光指向仪、工业摄像机指向，使激光指向仪与其中一个特征点重合；③确定光斑接收装置上的A、B两个特征点为激光指向仪、工业摄像机的基准点，A、B特征点处于同一水平面上；④调整并确定工业摄像机、激光指向仪与A、B基准点的水平距离；⑤调整并确定工业摄像机与光斑接收装置之间距离、工业摄像机与激光指向仪之间距离；⑥采集光斑接收装置上两个特征点图像，并由工控计算机处理，计算激光指向仪光束与工业摄像机光轴之间相对位姿；⑦识别图像中两光斑特征，将二者绕原点旋转，使连线与横轴平行，转过的角度即为工业摄像机的横滚角；⑧基于前面所得数据，用旋转后的主特征点的横坐标，计算出工业摄像机光轴与激光指向仪光束之间的偏转角，由纵坐标算出工业摄像机光轴与激光指向仪光束之间的俯仰角；⑨激光指向仪与工业摄像机为刚性固定联接，二者空间位姿只需检测一次；III、工业摄像机对掘进机身的空间位姿测量①特征点阵设置掘进机身后部的光斑接收装置上的九个特征点，在同一水平面上，不共线，即机身位姿；②将工业摄像机与激光指向仪悬挂于掘进机后部巷道壁顶上，并调整激光指向仪、工业摄像机指向，并固定，使掘进机身上的光斑接收装置的特征点均置于摄像机视场内，视场角为±60°，直线距离为10‑12米；③采集一组特征点阵图像，输入工控计算机，计算工业摄像机对特征点阵的空间位姿；④提取图像中特征点区域并做标记，检测特征点位置坐标；⑤根据特征点阵图像特征，自动完成特征点的图像匹配；⑥在获得全部特征点及图像坐标数据后，用混合标定法对工业摄像机进行标定，计算出工业摄像机对特征点阵的空间位姿；IV、将步骤II所得工业摄像机光轴与激光指向仪光束之间的空间位姿数据，和步骤III中所得工业摄像机与特征点阵相对位姿数据进行合并，计算出特征点阵，即：掘进机身相对激光指向仪光束，即：理论巷道轴线的空间位姿。