本发明专利技术公开了一种煤矿井下掘进装备位姿检测系统及方法，涉及位姿检测技术领域。该系统包括：三激光指向仪模块、数据采集模块和位姿解算模块。其中，三激光指向仪模块位于待测掘进装备的后方巷道内，用于向待测掘进装备发射包括三条相互平行的激光线，且三条激光线呈三角形排列的组合激光；数据采集模块位于待测掘进装备的机身上，且与三激光指向仪模块相对，用于采集组合激光的特征图像；特征图像为三激光点图像或三激光点三激光线图像；位姿解算模块与数据采集模块连接，用于根据特征图像，计算待测掘进装备的位姿信息。本发明专利技术能够克服在高粉尘、低照度的工况环境下，巷道特征不明显甚至特征缺失的问题，提高位姿检测系统的稳定性和抗干扰能力。的稳定性和抗干扰能力。的稳定性和抗干扰能力。
【技术实现步骤摘要】
一种煤矿井下掘进装备位姿检测系统及方法
[0001]本专利技术涉及位姿检测
，特别是涉及一种煤矿井下掘进装备位姿检测系统及方法。
技术介绍
[0002]掘进是煤矿生产的重要生产环节，煤矿巷道的快速掘进是煤矿保证矿井高产稳产的关键技术措施。随着综采技术的发展与少人化、无人化的需求，掘进装备位姿检测使巷道掘进成为了煤矿智能化应用、高效集约化生产的共性及关键性技术。
[0003]机器视觉位姿测量技术是利用空间几何投影约束条件建立位姿解算模型，从而实现对目标位姿的测量，其具有非接触测量、精度高、稳定性好等优点，已经在煤矿井下得到了初步应用。但是在煤矿井下巷道掘进中，高粉尘、低照度的工况环境下，巷道特征不明显甚至会出现特征缺失的情况，如果以巷道环境为特征，很难实现稳定的特征提取，也就很难实现稳定的特征匹配，采用常规方法难以实现定位。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是提供一种煤矿井下掘进装备位姿检测系统及方法，以克服在高粉尘、低照度的工况环境下，巷道特征不明显甚至特征缺失的问题，提高位姿检测系统的稳定性和抗干扰能力。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]一种煤矿井下掘进装备位姿检测系统，所述系统包括：
[0007]三激光指向仪模块，位于待测掘进装备的后方巷道内，用于向所述待测掘进装备发射组合激光；所述组合激光包括三条相互平行的激光线，且三条所述激光线呈三角形排列；
[0008]数据采集模块，位于所述待测掘进装备的机身上，且与所述三激光指向仪模块相对，用于采集所述组合激光的特征图像；所述特征图像为三激光点图像或三激光点三激光线图像；
[0009]位姿解算模块，与所述数据采集模块连接，用于根据所述特征图像，计算所述待测掘进装备的位姿信息；所述位姿信息包括：所述待测掘进装备的机身相对于所在巷道的俯仰角、偏航角、横滚角以及所述待测掘进装备的机身距离所在巷道中线的水平、竖直、前后偏移距离。
[0010]可选地，所述三激光指向仪模块包括：
[0011]激光指向仪支架，位于所述待测掘进装备的后方巷道内；
[0012]三个激光指向仪，分别位于所述激光指向仪支架上，用于向所述待测掘进装备发射组合激光；三个所述激光指向仪两两相互平行，且三个所述激光指向仪呈三角形分布。
[0013]可选地，所述数据采集模块包括：
[0014]相机防爆壳，固定于所述待测掘进装备的机身上；
[0015]工业相机，固定于所述相机防爆壳内，且镜头朝向所述三激光指向仪模块，用于采集所述组合激光的特征图像。
[0016]可选地，所述位姿解算模块包括：
[0017]图像特征判断单元，与所述数据采集模块连接，用于获取组合激光的特征图像，并判断所述特征图像为三激光点图像还是三激光点三激光线图像；
[0018]激光点特征提取单元，与所述图像特征判断单元连接，用于当所述特征图像为三激光点图像时，提取所述特征图像中的三个激光点，并确定各所述激光点的位置坐标；
[0019]激光线特征提取单元，与所述图像特征判断单元连接，用于当所述特征图像为三激光点三激光线图像时，提取所述特征图像中的三条激光线，并确定各所述激光线的位置坐标和相应的激光点的位置坐标；所述激光点的个数为三个，且三个所述激光点分别对应三条所述激光线的起点；
[0020]三点模型计算单元，与所述激光点特征提取单元连接，用于根据各所述激光点的位置坐标，计算所述待测掘进装备的位置坐标；
[0021]三点三线模型计算单元，与所述激光线特征提取单元连接，用于根据各所述激光线和各所述激光点的位置坐标，计算所述待测掘进装备的位置坐标；
[0022]位姿解算单元，分别与所述三点模型计算单元和所述三点三线模型计算单元连接，用于根据所述待测掘进装备的位置坐标计算所述待测掘进装备的位姿信息。
[0023]可选地，所述系统还包括：
[0024]位姿可视化模块，与所述位姿解算模块连接，用于显示所述位姿信息。
[0025]本专利技术还提供一种煤矿井下掘进装备位姿检测方法，所述方法应用于上述系统，所述方法包括：
[0026]获取组合激光的特征图像，并判断所述特征图像为三激光点图像还是三激光点三激光线图像；所述特征图像是由三激光指向仪模块发射的组合激光被数据采集模块采集得到的；
[0027]当所述特征图像为三激光点图像时，提取所述特征图像中的三个激光点，并确定各所述激光点的位置坐标；根据各所述激光点的位置坐标，计算所述待测掘进装备的位置坐标；
[0028]当所述特征图像为三激光点三激光线图像时，提取所述特征图像中的三条激光线，并确定各所述激光线的位置坐标和相应的激光点的位置坐标；所述激光点的个数为三个，且三个所述激光点分别对应三条所述激光线的起点；根据各所述激光线和各所述激光点的位置坐标，计算所述待测掘进装备的位置坐标；
[0029]根据所述待测掘进装备的位置坐标计算所述待测掘进装备的位姿信息。
[0030]可选地，所述提取所述特征图像中的三个激光点，具体包括：
[0031]对所述特征图像进行畸变矫正、高斯滤波、形态学梯度转换、RGB通道分离和灰度转换，得到第一二值图像；
[0032]对所述第一二值图像进行闭运算，并确定所述第一二值图像中的各区域；
[0033]选择所述第一二值图像中满足第一设定条件的区域进行椭圆拟合，并去除杂光，得到多个椭圆光斑；所述第一设定条件为：区域边界点的个数在第一设定范围内；
[0034]判断所述椭圆光斑的个数是否等于三个；若是，则将三个所述椭圆光斑作为所述
特征图像中的三个激光点；若否，则返回“获取组合激光的特征图像，并判断所述特征图像为三激光点图像还是三激光点三激光线图像”的步骤。
[0035]可选地，所述提取所述特征图像中的三条激光线，具体包括：
[0036]对所述特征图像进行畸变矫正、高斯滤波和灰度转换，得到第二二值图像；
[0037]对所述第二二值图像进行闭运算，并确定所述第二二值图像中的各区域；
[0038]确定所述第二二值图像中满足第二设定条件的区域的最小外接矩形，并对满足第三设定条件的最小外接矩形进行矩形合并和轮廓点直线拟合，得到所述特征图像中的三条激光线；所述第二设定条件为：区域边缘点的个数在第二设定范围内；所述第三设定条件为：最小外接矩形的高宽比范围在第三设定范围内，且最小外接矩形的面积在第四设定范围内。
[0039]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0040]本专利技术通过设置三激光指向仪模块向待测掘进装备发射包括三条相互平行，且呈三角形排列的组合激光，并利用数据采集模块实时采集组合激光的特征图像，能够在高粉尘、低照度的工况环境下采集得到特征明显的特征图像，从而利用位姿解算模块根据所采集的三激光点图像或三激光点三激光线图像计算待测掘进装备的位姿信息，提高了位姿检测系统的稳定性和抗本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种煤矿井下掘进装备位姿检测系统，其特征在于，所述系统包括：三激光指向仪模块，位于待测掘进装备的后方巷道内，用于向所述待测掘进装备发射组合激光；所述组合激光包括三条相互平行的激光线，且三条所述激光线呈三角形排列；数据采集模块，位于所述待测掘进装备的机身上，且与所述三激光指向仪模块相对，用于采集所述组合激光的特征图像；所述特征图像为三激光点图像或三激光点三激光线图像；位姿解算模块，与所述数据采集模块连接，用于根据所述特征图像，计算所述待测掘进装备的位姿信息；所述位姿信息包括：所述待测掘进装备的机身相对于所在巷道的俯仰角、偏航角、横滚角以及所述待测掘进装备的机身距离所在巷道中线的水平、竖直、前后偏移距离。2.根据权利要求1所述的煤矿井下掘进装备位姿检测系统，其特征在于，所述三激光指向仪模块包括：激光指向仪支架，位于所述待测掘进装备的后方巷道内；三个激光指向仪，分别位于所述激光指向仪支架上，用于向所述待测掘进装备发射组合激光；三个所述激光指向仪两两相互平行，且三个所述激光指向仪呈三角形分布。3.根据权利要求1所述的煤矿井下掘进装备位姿检测系统，其特征在于，所述数据采集模块包括：相机防爆壳，固定于所述待测掘进装备的机身上；工业相机，固定于所述相机防爆壳内，且镜头朝向所述三激光指向仪模块，用于采集所述组合激光的特征图像。4.根据权利要求1所述的煤矿井下掘进装备位姿检测系统，其特征在于，所述位姿解算模块包括：图像特征判断单元，与所述数据采集模块连接，用于获取组合激光的特征图像，并判断所述特征图像为三激光点图像还是三激光点三激光线图像；激光点特征提取单元，与所述图像特征判断单元连接，用于当所述特征图像为三激光点图像时，提取所述特征图像中的三个激光点，并确定各所述激光点的位置坐标；激光线特征提取单元，与所述图像特征判断单元连接，用于当所述特征图像为三激光点三激光线图像时，提取所述特征图像中的三条激光线，并确定各所述激光线的位置坐标和相应的激光点的位置坐标；所述激光点的个数为三个，且三个所述激光点分别对应三条所述激光线的起点；三点模型计算单元，与所述激光点特征提取单元连接，用于根据各所述激光点的位置坐标，计算所述待测掘进装备的位置坐标；三点三线模型计算单元，与所述激光线特征提取单元连接，用于根据各所述激光线和各所述激光点的位置坐标，计算所述待测掘进装备的位置坐标；位姿解算单元，分别与所述三点模型计算单元和所述三点三线模型计算单元连接，用于根据所述待测掘进装备的位置坐标计算所述待...
【专利技术属性】
技术研发人员：张旭辉，杨骏豪，杨文娟，张超，万继成，石硕，杨红强，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：
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