一种掘进机定位定向方法、系统、设备及存储介质技术方案

本发明专利技术公开了一种掘进机定位定向方法、系统、设备及存储介质，其方法包括：掘进机在巷道行走期间，设置在掘进机上的每个激光雷达通过实时对所述巷道进行扫描处理，获取每个激光雷达坐标系下的巷道三维点云数据，并将所述每个激光雷达坐标系下的巷道三维点云数据发送给掘进机终端；所述掘进机终端根据所述每个激光雷达坐标系与机器坐标系的位姿关系，对所述每个激光雷达坐标系下的巷道三维点云数据进行坐标系数据转换处理，得到机器坐标系下的巷道三维点云数据；所述掘进机终端利用所述机器坐标系下的巷道三维点云数据，确定所述掘进机在巷道坐标系下的位姿参数。巷道坐标系下的位姿参数。巷道坐标系下的位姿参数。

【技术实现步骤摘要】
一种掘进机定位定向方法、系统、设备及存储介质


[0001]本专利技术涉及工程机械
，特别涉及一种掘进机定位定向方法、系统、设备及存储介质。

技术介绍

[0002]3D激光雷达通过激光发射组件快速旋转的同时发射高频率激光束对外界环境进行持续性的扫描，探测目标物体距离和反射率等信息，为定位、导航、避障等提供保障，主要面向无人驾驶汽车环境感知、机器人环境感知、无人机测绘等领域。
[0003]在煤矿掘进机作业过程中，为了按照预定巷道方向掘进以及实现自动定位截割，需要知道机器处于巷道中的位置和姿态。现有技术中，大多通过激光引导技术实现掘进机定位定向，但需要操作人员移动基站等设备，无法完全自动化作业。

技术实现思路

[0004]根据本专利技术实施例提供的方案解决的技术问题是如何准确可靠且能完全自动化操作的实现掘进机的定位定向。
[0005]根据本专利技术实施例提供的一种掘进机定位定向方法，包括：
[0006]掘进机在巷道行走期间，设置在掘进机上的每个激光雷达通过实时对所述巷道进行扫描处理，获取每个激光雷达坐标系下的巷道三维点云数据，并将所述每个激光雷达坐标系下的巷道三维点云数据发送给掘进机终端；
[0007]所述掘进机终端根据所述每个激光雷达坐标系与机器坐标系的位姿关系，对所述每个激光雷达坐标系下的巷道三维点云数据进行坐标系数据转换处理，得到机器坐标系下的巷道三维点云数据；
[0008]所述掘进机终端利用所述机器坐标系下的巷道三维点云数据，确定所述掘进机在巷道坐标系下的位姿参数。
[0009]根据本专利技术实施例提供的一种掘进机定位定向系统，包括：
[0010]设置在掘进机上的多个激光雷达，用于通过实时对所述巷道进行扫描处理，获取每个激光雷达坐标系下的巷道三维点云数据，并将所述每个激光雷达坐标系下的巷道三维点云数据发送给掘进机终端；
[0011]掘进机终端，用于根据所述每个激光雷达坐标系与机器坐标系的位姿关系，对所述每个激光雷达坐标系下的巷道三维点云数据进行坐标系数据转换处理，得到机器坐标系下的巷道三维点云数据；以及利用所述机器坐标系下的巷道三维点云数据，确定所述掘进机在巷道坐标系下的位姿参数。
[0012]根据本专利技术实施例提供的一种电子设备，包括：存储器；处理器；以及计算机程序；其中，所述计算机程序存储在所述存储器中，并被配置为由所述处理器执行以实现一种掘进机定位定向方法。
[0013]根据本专利技术实施例提供的一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序；所
述计算机程序被处理器执行以实现一种掘进机定位定向方法。
[0014]根据本专利技术实施例提供的方案，通过安装于掘进机上不同位置的多台多线束激光雷达扫描巷道，实现掘进机在巷道坐标系下的六自由度参数动态实时测量，实现方式简便，结果准确可靠。
附图说明
[0015]此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于理解本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0016]图1是本专利技术实施例提供的掘进机定位定向方法示意图；
[0017]图2是本专利技术实施例提供的掘进机定位定向方法中采用的坐标系示意图；
[0018]图3是本专利技术实施例提供的掘进机定位定向方法中激光雷达安装位置示意图；
[0019]图4是本专利技术实施例提供的掘进机定位定向方法中侧向雷达1扫描巷道侧帮点云示意图；
[0020]图5是本专利技术实施例提供的掘进机定位定向方法中侧向雷达1点云数据转换至机器坐标系后得到的平面模型在机器xy坐标系投影示意图；
[0021]图6是本专利技术实施例提供的掘进机定位定向方法中侧向雷达1点云数据转换至机器坐标系后得到的平面模型在机器xz坐标系投影示意图；
[0022]图7是本专利技术实施例提供的掘进机定位定向方法中顶向雷达点云数据转换至机器坐标系后得到的平面模型在机器yz坐标系投影示意图；
[0023]图8是本专利技术实施例提供的一种掘进机定位定向方法的流程图；
[0024]图9是本专利技术实施例提供的一种掘进机定位定向系统的示意图。
具体实施方式
[0025]以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0026]如图1所示，本专利技术在巷道迎头处建立巷道坐标系，在掘进机截割回转中心建立机器坐标系。掘进机在巷道内行走掘进时，通过安装在其侧边的两台多线束激光雷达分别对巷道两边侧帮进行扫描，得到巷道三维点云。通过激光雷达与机器坐标系位姿关系，将三维点云数据转换到机器坐标系。通过PCL平面模型算法处理，并根据相关参数得到掘进机在巷道坐标系下的水平方向偏移距离、方位角和横滚角。通过安装在掘进机上部的一台多线束激光雷达对巷道顶板进行扫描，得到巷道顶板三维点云。通过顶向雷达与机器坐标系位姿关系，将三维点云数据转换到机器坐标系。通过模型算法和相关参数计算得到掘进机在巷道坐标系下高度方向偏移距离和俯仰角。通过安装在掘进机前方的一台多线束激光雷达对巷道迎头进行扫描，得到掘进机在巷道坐标系前进方向距离。并进行点云数据提取，得到前向雷达到迎头的距离，根据前向雷达与机器坐标系位姿关系得到机器距离迎头的距离。本专利技术方法，通过多台多线束激光雷达，实现掘进机在巷道坐标系下的六自由度参数动态实时测量，实现方式简便，结果准确可靠。
[0027]图8是本专利技术实施例提供的一种掘进机定位定向方法的流程图，如图8所示，包括：
[0028]步骤S101：掘进机在巷道行走期间，设置在掘进机上的每个激光雷达通过实时对
所述巷道进行扫描处理，获取每个激光雷达坐标系下的巷道三维点云数据，并将所述每个激光雷达坐标系下的巷道三维点云数据发送给掘进机终端；
[0029]步骤S102：所述掘进机终端根据所述每个激光雷达坐标系与机器坐标系的位姿关系，对所述每个激光雷达坐标系下的巷道三维点云数据进行坐标系数据转换处理，得到机器坐标系下的巷道三维点云数据；
[0030]步骤S103：所述掘进机终端利用所述机器坐标系下的巷道三维点云数据，确定所述掘进机在巷道坐标系下的位姿参数，具体地说，所述位姿参数包括方位角、横滚角、俯仰角、X方向偏移距离、Y方向偏移距离以及Z方向偏移距离。
[0031]其中，所述设置在掘进机上的每个激光雷达通过实时对所述巷道进行扫描处理，获取每个激光雷达坐标系下的巷道三维点云数据包括：设置在掘进机左侧位置上的左侧激光雷达通过实时对所述巷道进行扫描处理，得到左侧激光雷达坐标系下的巷道左侧帮点云数据；设置在掘进机右侧位置上的右侧激光雷达通过实时对所述巷道进行扫描处理，得到右侧激光雷达坐标系下的巷道右侧帮点云数据；设置在掘进机顶部位置上的顶向激光雷达通过实时对所述巷道进行扫描处理，得到顶向激光雷达坐标系下的巷道顶板点云数据；设置在掘进机前向位置上的前向激光雷达通过实时对所述巷道进行扫描处理，得到前向激光雷达坐标系本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种掘进机定位定向方法，其特征在于，包括：掘进机在巷道行走期间，设置在掘进机上的每个激光雷达通过实时对所述巷道进行扫描处理，获取每个激光雷达坐标系下的巷道三维点云数据，并将所述每个激光雷达坐标系下的巷道三维点云数据发送给掘进机终端；所述掘进机终端根据所述每个激光雷达坐标系与机器坐标系的位姿关系，对所述每个激光雷达坐标系下的巷道三维点云数据进行坐标系数据转换处理，得到机器坐标系下的巷道三维点云数据；所述掘进机终端利用所述机器坐标系下的巷道三维点云数据，确定所述掘进机在巷道坐标系下的位姿参数。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述位姿参数包括方位角、横滚角、俯仰角、X方向偏移距离、Y方向偏移距离以及Z方向偏移距离。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述设置在掘进机上的每个激光雷达通过实时对所述巷道进行扫描处理，获取每个激光雷达坐标系下的巷道三维点云数据包括：设置在掘进机左侧位置上的左侧激光雷达通过实时对所述巷道进行扫描处理，得到左侧激光雷达坐标系下的巷道左侧帮点云数据；设置在掘进机右侧位置上的右侧激光雷达通过实时对所述巷道进行扫描处理，得到右侧激光雷达坐标系下的巷道右侧帮点云数据；设置在掘进机顶部位置上的顶向激光雷达通过实时对所述巷道进行扫描处理，得到顶向激光雷达坐标系下的巷道顶板点云数据；设置在掘进机前向位置上的前向激光雷达通过实时对所述巷道进行扫描处理，得到前向激光雷达坐标系下的巷道迎头点云数据。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述掘进机终端根据所述每个激光雷达坐标系与机器坐标系的位姿关系，对所述每个激光雷达坐标系下的巷道三维点云数据进行坐标系数据转换处理，得到机器坐标系下的巷道三维点云数据包括：所述掘进机终端根据所述左侧激光雷达坐标系与机器坐标系的位姿关系，对所述左侧激光雷达坐标系下的巷道左侧帮点云数据进行坐标系数据转换处理，得到机器坐标系下的巷道左侧帮点云数据；所述掘进机终端根据所述右侧激光雷达坐标系与机器坐标系的位姿关系，对所述右侧激光雷达坐标系下的巷道右侧帮点云数据进行坐标系数据转换处理，得到机器坐标系下的巷道右侧帮点云数据；所述掘进机终端根据所述顶向激光雷达坐标系与机器坐标系的位姿关系，对所述顶向激光雷达坐标系下的巷道顶板点云数据进行坐标系数据转换处理，得到机器坐标系下的巷道顶板点云数据；其中，所述机器坐标系是指以掘进机截割回转中心为原点，以掘进机机器平面内向右为x轴，掘进机机器前进方向为y轴，垂直掘进机机器平面向上为z轴，且所述机器坐标系随着掘进机运动而运动。5.根据权利要求4...

【专利技术属性】
技术研发人员：周明星，石勇，
申请(专利权)人：上海创力集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：