【技术实现步骤摘要】
一种悬臂式掘进机空间位姿自动检测方法及系统
本专利技术属于矿用掘进机
，具体涉及一种悬臂式掘进机空间位姿自动检测方法及系统。
技术介绍
悬臂式掘进机被广泛地应用于煤矿巷道、地铁隧道以及铁路工程、洞穴的掘进施工中。但由于煤矿井下的复杂环境，掘进机在井下进行掘进工作时，司机仅依靠经验进行掘进机断面截割方向。导致巷道走向受到多种因素影响，仅依靠经验判断的方法难以把握。在巷道掘进时，仅靠司机把握巷道断面成形质量差，根据位移传感器测量油缸的伸缩量进行计算得到截割头的位姿的方式虽然一定程度上提高了截割头位姿检测的精度，但易受井下非结构化复杂环境的影响，易导致接触式传感器的接触不良而使得检测结果可靠性降低。而惯性导航对掘进机机身位姿的测量时，由于随时间累积误差的存在不适宜对机身位置的测量，仅能保证机身的横滚角、俯仰角以及航向角。另外利用超声激光等测量方式仅能获取掘进机相对巷道的位置，虽然与惯导结合能有效实现对于掘进机位姿的检测，但超声和激光传感器会因不规则的巷道而存在测量误差，进一步影响到巷道的整体走向。现有一种悬臂式掘进机...
【技术保护点】
1.一种悬臂式掘进机空间位姿自动检测方法，用于实现悬臂式掘进机截割臂相对巷道的实时位姿检测，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一，计算悬臂式掘进机截割臂相对于悬臂式掘进机机体的位姿；/n步骤1.1，采集悬臂式掘进机截割臂的标靶图像；/n步骤1.2，提取步骤1.1得到标靶图像的光斑，用区域划分法将所有光斑排序并采用最小二乘法进行直线拟合，得到四条两两相交的直线，将每两条直线的交点作为特征点；/n步骤1.3，根据特征点在标靶坐标系中的坐标，采用对偶四元数误差模型计算截割臂相对于机体的水平摆角θ1和垂直摆角θ2；/n其中，所述标靶坐标系是指以标靶图像的中心为原点，X轴平行于标靶上...
【技术特征摘要】
1.一种悬臂式掘进机空间位姿自动检测方法，用于实现悬臂式掘进机截割臂相对巷道的实时位姿检测，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，计算悬臂式掘进机截割臂相对于悬臂式掘进机机体的位姿；
步骤1.1，采集悬臂式掘进机截割臂的标靶图像；
步骤1.2，提取步骤1.1得到标靶图像的光斑，用区域划分法将所有光斑排序并采用最小二乘法进行直线拟合，得到四条两两相交的直线，将每两条直线的交点作为特征点；
步骤1.3，根据特征点在标靶坐标系中的坐标，采用对偶四元数误差模型计算截割臂相对于机体的水平摆角θ1和垂直摆角θ2；
其中，所述标靶坐标系是指以标靶图像的中心为原点，X轴平行于标靶上下边指向右，Y平行于标靶左右边指向下，Z轴垂直于标靶图像平面；
步骤1.4，根据θ1和θ2确定截割臂相对于悬臂式掘进机机体的位姿
其中，d为悬臂式掘进机油缸的伸缩距离，b1为悬臂式掘进机抬升关节与伸缩关节之间的高度差；a1为悬臂式掘进机回转台中心与抬升关节之间水平距离，a2为悬臂式掘进机抬升关节与伸缩关节之间的距离，a3为悬臂式掘进机伸缩关节与截割臂之间的水平距离；
步骤二，确定截割臂相对巷道的实时位姿
其中，为采用视觉测量方法确定的悬臂式掘进机机体相对于巷道的位姿。
2.如权利要求1所述的悬臂式掘进机空间位姿自动检测方法，其特征在于，步骤1.2包括，提取步骤1.1得到标靶图像的光斑，用区域划分法将所有光斑排序并采用最小二乘法进行直线拟合，得到四条两两相交的直线，将每两条直线的交点作为特征点；利用四点透视成像方法得到所有特征点在摄像机坐标系中的坐标；
步骤1.3，根据特征点在标靶坐标系中的坐标以及步骤1.2得到特征点在摄像机坐标系中坐标，采用对偶四元数误差模型计算截割臂相对于机体的水平摆角θ1和垂直摆角θ2；
所述摄像机坐标系是指以摄像机的光心为原点，X轴沿水平方向，Y轴沿竖直方向，Z轴垂直Y、X轴指向标靶方向，所述摄相机设置在悬臂式掘进机机体上部两侧。
3.一种悬臂式掘进机空间位姿自动检测系统，该系统用于实现悬臂式掘进机截割臂相对巷道的实时位姿检测，其特征在于，包括：
通信模块，包括相机，用于采集悬臂式掘进机截割臂上的标靶图像以及悬臂式掘进机运行状态信息，所述相机设置在悬臂式掘进机机体上部两侧；所述悬臂式掘进机运行状态信息包括悬臂...
【专利技术属性】
技术研发人员：张旭辉，谢楠，张超，杨文娟，张楷鑫，周创，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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