本发明专利技术涉及矿井智能截割技术领域，涉及一种截割头精准坐标检测系统及检测方法，其中，一种截割头精准坐标检测系统，包括截割头坐标修正点、机身俯翻角检测装置，所述截割头坐标修正点设置在截割臂上且靠近截割头处；一种截割头精准坐标检测方法，通过并获取掘进机的基准位姿；测量掘进机位姿及截割臂摆角；采用矩阵变化法与图像识别法获得截割头修正点的计算空间坐标和识别空间坐标；以此计算修正系数，获取精准截割头坐标；与现有技术相比，本发明专利技术能够更好的适应矿井粉尘浓度大、强烈噪声、湿度大等复杂环境，消除截割时高频振动对测量精度影响，获取更加精确的截割头坐标，满足巷道边界控制、截割路径控制与智能截割控制等相关控制的需要。关控制的需要。关控制的需要。
【技术实现步骤摘要】
一种截割头精准坐标检测系统及检测方法
[0001]本专利技术涉及矿井智能截割
，具体地说，涉及一种截割头精准坐标检测系统及检测方法。
技术介绍
[0002]煤炭开采技术一直是研究的焦点，随着综采设备迅速发展，采掘失衡现象日益严重。掘进机截割过程中工作环境恶劣，驾驶员受限于掘进工作面恶劣工况，人工操作形成的巷道断面成形质量差，容易造成欠挖、过挖等现象，掘进机截割头位置自动精确定位是实现掘进机智能无人化开采的前提条件。
[0003]截割头坐标的精准检测是掘进机智能化的核心技术。截割头坐标检测的前提是获得掘进机位姿，通常情况下，掘进机位姿由偏航角(即机身在巷道方向左右的回转角)、俯仰角(即机身在巷道长度方向的前后倾角)、翻滚角(即机身在巷道长度方向的左右倾角)及机身在巷道中的位置组成。目前，掘进机位姿检测方法有捷联惯导技术、超宽带技术、全站仪等技术。捷联惯导根据陀螺仪测出的角速度信息解算出姿态角；通过二次积分的方式对加速度计测量的加速度信息进行解算，得到位置信息；但由于机身振动较为剧烈、巷道内温度变化大及惯性传感器本身存在累积误差，测得的数据误差较大。超宽带技术(UWB)采用无线电信号测距原理对掘进机定位定向；但超宽带信号受巷道内粉尘浓度大的影响，在传输过程容易发生漫反射现象，且超宽带技术的授权频谱有相当多的现存通信设备，超宽带设备功率需要低于一定门限才能不影响其他通信系统，这导致超宽带技术不适用于井下长距离的掘进机定向定位。全站仪向安装在掘进机上的棱镜发射激光，获取棱镜在巷道内的坐标，对此坐标进行相关解算得到掘进机位姿；但激光受巷道内粉尘影响，易出现散射现象，且传播路径易被遮挡，造成测量结果不准确。
[0004]基于对以上掘进机截割头坐标检测方法的分析，这些方法存在共同的局限，即单方法检测截割头坐标测量精度较低，无法精确得出掘进机截割头轮廓与巷道边界之间的位置关系，因而难以适应井下复杂的环境。此外，目前的位姿检测结果仅仅用于显示，不能用于控制截割边界、截割轨迹控制。
技术实现思路
[0005]本专利技术的内容是提供一种截割头精准坐标检测系统及检测方法，其能够克服现有技术的某种或某些缺陷。
[0006]根据本专利技术的一种截割头精准坐标检测系统，包括截割头坐标修正点、机身偏航角检测装置、机身俯翻角检测装置，所述截割头坐标修正点设置在截割臂上且靠近截割头处，所述机身偏航角检测装置安装在机身上方，所述机身俯翻角检测装置安装在机身合理位置机体处；
[0007]所述机身偏航角检测装置包括一号标志杆和二号标志杆，所述一号标志杆设置在与机身回转中线重合的位置处，所述二号标志杆与一号标志杆平行设置且距一号标志杆有
一定距离；
[0008]所述机身俯翻角检测装置包括光斑发射器、发射装置和框架，所述光斑发射器设置在发射装置顶端并与发射装置中线重合，所述发射装置重心在自身中线上且偏向底部，所述发射装置安装在第二旋转轴上并可绕轴自由旋转，所述第二旋转轴安装在圆环上，所述圆环安装在第一旋转轴上，所述第一旋转轴安装在框架的隔板上并可绕其自由旋转，在所述框架内光斑发射器上方设有接收装置；
[0009]在巷道上方顶板处设有移动载体，在移动载体上安装有视觉识别装置。
[0010]优选的，所述移动载体包括锚桩和吊板；所述吊板焊接在锚桩上，在所述吊板下方固定设有轨道，在所述轨道上设有用于驱动移动载体行走的主动行走轮，所述主动行走轮设置为轮毂电机驱动，同时，在所述轨道下方设有用于保证视觉识别装置平稳推进的辅助固定轮。
[0011]优选的，所述框架被隔板分为上腔和下腔，所述接收装置包括设置在框架的顶板与隔板之间设有投影板，在框架的顶板内表面设有第二光斑检测相机，在框架的下腔中设有阻尼液，并将发射装置下部置于阻尼液中。
[0012]优选的，所述接收装置包括在框架的顶板处位于发射装置上方设有的投影面，投影面上方的框架底板上设有第一光斑检测相机。
[0013]本专利技术还提供了一种截割头精准坐标检测方法，其采用上述的一种截割头精准坐标检测方法，并包括以下步骤：
[0014]第一步：组装一种截割头精准坐标检测系统，并获取掘进机的基准位姿。
[0015]第二步：测量掘进机位姿及截割臂摆角，具体包括：
[0016]S1：通过机身俯翻角检测装置检测掘进机位姿中的机身俯仰角与翻滚角：
[0017]利用第二光斑检测相机获取光斑发射器在投影板上的光斑图像，并计算得出光斑与投影板上的水平轴和竖直轴间的距离，据此计算机身俯仰角与翻滚角。
[0018]S2：通过机身偏航角检测装置检测机身偏航角和掘进机机身中点坐标：
[0019]通过视觉识别装置获取一号标志杆与二号标志杆的位置关系图像，并与第一步中所获取的基准位姿中一号标志杆与二号标志杆的位置对比，可得到机身偏航角。
[0020]S3：在截割臂升降油缸和旋转油缸内分别安装位移传感器，通过计算即可得到截割臂相对于机身的水平摆角与竖直摆角。
[0021]第三步：采用矩阵变化法获得截割头修正点的计算空间坐标，具体包括：
[0022]通过第二步测得的掘进机位姿及截割臂水平摆角与竖直摆角，使用空间矩阵变换方法得到截割头修正点的计算空间坐标。
[0023]第四步：采用图像识别法获得截割头修正点的识别空间坐标，具体包括：
[0024]使用视觉识别装置实时获取截割头修正点图像，并与第一步中所获取的基准位姿中截割头修正点的位置进行比较，得到截割头修正点的识别空间坐标。
[0025]第五步：计算修正系数，获取精准截割头坐标，具体包括：
[0026]将以上两种方法获得的截割头修正点的计算空间坐标和识别空间坐标进行分析矫正，获得以计算空间坐标为基础的截割头修正点的修正系数，将所述修正系数作用于第三步所述方法得到的截割头计算空间坐标，获取更佳精确的截割头空间坐标，以满足智能截割或自动截割等相关需求。
[0027]优选的，所述第二步还包括，利用机身偏航角检测装置测量掘进机机身中心点的坐标；由视觉识别装置获取一号标志杆的实时位置，与第一步中所获取的基准位姿中的一号标志杆位置对比，即可得到一号标志杆的实时位置变化量，进而获取机身中点在巷道中坐标变化量。
[0028]优选的，利用安装在移动装置上的巷道边界激光发射器在待截割断面上，标记出巷道断面的边界；通过视觉识别装置测得截割头修正点在激光巷道边界坐标系下的坐标，并与中所获取的基准位姿中截割头修正点的位置进行比较，得到截割头修正点与视觉识别装置在巷道长度方向上的距离，最终得到截割头修正点的识别空间坐标。
[0029]与现有技术相比，本专利技术具有一下优势：
[0030]①
采用视觉识别方法获得掘进机翻滚角、俯仰角、偏航角；视觉感知技术能够更好的适应矿井粉尘浓度大、强烈噪声、湿度大等复杂环境，尤其在掘进过程中机身强烈振动，一般方法难以解决由振动产生的测量不准确问题，视觉感知技术可以采用机载稳像技术解决此类问题，满足高精度截割及本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种截割头精准坐标检测系统，包括截割头坐标修正点(1)、机身偏航角检测装置(2)、机身俯翻角检测装置(3)，其特征在于：所述截割头坐标修正点(1)设置在截割臂上且靠近截割头处，所述机身偏航角检测装置(2)安装在机身上方，所述机身俯翻角检测装置(3)安装在机身合理位置机体(13)处；所述机身偏航角检测装置(2)包括一号标志杆(16)和二号标志杆(17)，所述一号标志杆(16)设置在与机身回转中线重合的位置处，所述二号标志杆(17)与一号标志杆(16)平行设置且距一号标志杆(16)有一定距离；所述机身俯翻角检测装置(3)包括光斑发射器(6)、发射装置(24)和框架(12)，所述光斑发射器(6)设置在发射装置(24)顶端并与发射装置(24)中线重合，所述发射装置(24)重心在自身中线上且偏向底部，所述发射装置(24)安装在第二旋转轴(9)上并可绕轴自由旋转，所述第二旋转轴(9)安装在圆环(8)上，所述圆环(8)安装在第一旋转轴(7)上，所述第一旋转轴(7)安装在框架(12)的隔板上并可绕其自由旋转，在所述框架(12)内光斑发射器(6)上方设有接收装置；在巷道上方顶板处设有移动载体(5)，在移动载体(5)上安装有视觉识别装置(4)。2.根据权利要求1所述的一种截割头精准坐标检测系统，其特征在于：所述移动载体(5)包括锚桩(19)和吊板(20)；所述吊板(20)焊接在锚桩(19)上，在所述吊板(20)下方固定设有轨道(21)，在所述轨道(21)上设有用于驱动移动载体(5)行走的主动行走轮(22)，所述主动行走轮(22)设置为轮毂电机驱动，同时，在所述轨道(21)下方设有用于保证视觉识别装置(4)平稳推进的辅助固定轮(23)。3.根据权利要求2所述的一种截割头精准坐标检测系统，其特征在于：框架(12)被隔板分为上腔和下腔，所述接收装置包括设置在框架(12)的顶板与隔板之间设有投影板(28)，在框架(12)的顶板内表面设有第二光斑检测相机(30)，在框架(12)的下腔中设有阻尼液(25)，并将发射装置(24)下部置于阻尼液(25)中。4.根据权利要求2所述的一种截割头精准坐标检测系统，其特征在于：所述接收装置包括在框架(12)的顶板处位于发射装置(24)上方设有的投影面(10)，投影面(10)上方的框架(12)底板上设有第一光斑检测相机(11)。5.一种截割头精准坐标检测方法，其特征在于：其采用如权利要求1
‑
4中任意一种截割头精准坐标检测系统，并包括以下步骤：第一步：组装一种截割头精准坐标检测系...
【专利技术属性】
技术研发人员：张建卓，万传旭，王洁，徐再燃，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。