【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及采掘机械应用和机器视觉应用，具体涉及悬臂式掘进机截割部姿态的实时测量方法及系统。
技术介绍
1、悬臂式掘进机是一种用于地下挖掘和采矿的设备，其截割部位包括截割头、传动系统等关键组件，为了确保截割过程的精准性和效率，需要实时监测截割部位的位置和姿态。市场用于进行悬臂式掘进机截割部姿态测量的方法多是陀螺仪和油缸位移测量，但也存在累积误差和精度不稳定的问题。
2、专利号为cn107316288a，授权公开日为2017年11月03日的专利技术专利“一种悬臂式掘进机截割头位姿视觉测量方法”，该专利方案的设计提出了一种悬臂式掘进机截割头位姿视觉测量方法，通过在截割头处放置方形定位标识，使用机身摄像机采集图像，降噪并提取标识，最终通过边缘直线拟合计算掘进机截割头位姿，但在矿井下空间环境恶劣，相机或者标识易被遮挡,除此之外，检索到的关于掘进机截割部定位的技术或专利还是较少的，多用于机身位姿的测量，然而悬臂式掘进机的截割部位姿和机身位姿的检测是有区分的，因为结构的原因截割部位姿更加复杂。
3、为此，本专利技术提出了基于激光视觉追踪技术的悬臂式掘进机截割部位姿测量方法及系统用于解决上述问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供基于激光视觉追踪技术的悬臂式掘进机截割部位姿测量方法及系统，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：基于激光视觉追踪技术的悬臂式掘进机截割部位姿测量系统，其特征在于：所述系统包括悬
3、优选的，所述纵轴舵机转轴中心与圆轨同心，u型卷板正中心与激光测距模块中心轴线对齐，所述纵轴舵机转轴中心轴线与横轴舵机转轴中心轴线相交，该交点即为二自由度操作台旋转中心。
4、优选的，所述图像处理装置安装在机身后侧中间，半透明标靶靶面垂直于机身前向轴线，所述半透明标靶安装在盒子底板前侧，盒子底板上下表面为平行的矩形，所述半透明标靶靶心与盒子底板中线对齐，直线导轨重合于盒子底板中线，所述工业相机镜头正对齐半透明标靶中心。
5、优选的，所述总控模块可与横轴舵机和纵轴舵机相连，获取舵机角位移数值并进行控制，所述总控模块可与工业相机相连，获取图像信息，所述总控模块可与激光测距模块相连，获取距离信息，并进行位姿解算。
6、优选的，包括如下步骤：
7、(b1)设置基本参数：
8、设定所述纵轴舵机转轴中心有一轴线lzong，横轴舵机转轴中心有一轴线lheng，所述轴线lzong和lheng的交点为oc，悬臂式掘进机截割部两个轴销中心轴线为lb，所述轴线lb在两个轴销之间的中点为ob，回转中心的中心轴线为la,所述机身上表面设为水平面，轴线la上一点oa与点ob水平对齐,所述半透明标靶靶心为点oe，悬臂式掘进机截割部中心有一轴线lj；
9、设所述点ob到轴线lzong的垂直距离为r1,点ob到轴线lheng的垂直距离为h,点ob到点oe的水平距离为d1,竖直距离为l,点oa到点oe的水平距离为d2；
10、(b2)建立五个空间坐标系：
11、建立以点oe为原点,以机身前进方向为xe轴正向指向，以机身4右侧为ye轴正向指向，以机身正上方为ze轴正向指向的标靶坐标系oe-xeyeze；
12、建立以点oa为原点,以点oa指向ob方向为xa轴正向指向，以轴线lj右侧为ya轴正向指向，以轴线la向上为za轴正向指向的回转坐标系oa-xayaza；
13、建立以点ob为原点,以轴线lj向前为xb轴正向指向，以轴线lb向右为yb轴正向指向，以xb轴和yb轴垂直向上的方向为z轴正向指向的轴销坐标系ob-xbybzb；
14、建立以点oc为原点,以激光发射的反方向为xc轴正向指向，以轴线lheng向右为yc轴的正向指向，以与xc轴、yc轴垂直向上为zc轴正向指向的激光坐标系oc-xcyczc；
15、建立以点oc为原点的追踪坐标系oc-xkykzk,该坐标系即预测中激光打到标靶坐标系原点oe时的激光坐标系oc-xcyczc，所以追踪坐标系可由激光坐标系旋转获得；
16、(b3)根据约束设定各坐标系变换关系：
17、(b3i)设有空间任意一点p，该点在标靶坐标系、回转坐标系、轴销坐标系、激光坐标系和追踪坐标系的坐标分别记为pe、pa、pb、pc、pk；
18、(b3ii)设定标靶坐标系oe-xeyeze为世界坐标系；
19、(b3iii)设定回转坐标系oa-xayaza相对标靶坐标系oe-xeyeze只绕自身za轴转动，且转角为α时与标靶坐标系平行，再经过轴向位移可与标靶坐标系重合，其中转角α以逆时针为正方向；
20、(b3iv)设定轴销坐标系ob-xbybzb相对回转坐标系oa-xayaza只绕自身yb轴转动，且转角为β时与回转坐标系平行，再经过轴向位移可与回转坐标系重合，其中转角β以逆时针为正方向；
21、(b3v)设定激光坐标系oc-xcyczc相对轴销坐标系ob-xbybzb先绕yc轴转动再绕轴线lzong转动，其绕yc轴转角为υn、绕轴线lzong转角为ψn时与轴销坐标系平行，随后经过轴向位移可与轴销坐标系重合，其中转角υn、ψn都以逆时针为正方向；
22、(b3vi)设定激光坐标系oc-xcyczc相对追踪坐标系oc-xkykzk先绕yk轴转动再绕轴线lzong转动，其绕yk轴转角为ω、绕纵轴舵机转轴轴线转角为时与追踪坐标系重合，其中转角ω、都以逆时针为正方向；
23、(b3vii)设定激光坐标系oc-xcyczc相本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于激光视觉追踪技术的悬臂式掘进机截割部位姿测量方法及系统，其特征在于：所述系统包括悬臂式掘进机截割部(1)、激光追踪装置(2)、图像处理装置(3)和机身(4)，其中，所述悬臂式掘进机截割部(1)由两个轴销(5)与回转中心(6)连接，回转中心(6)设在机身(4)前侧，所述悬臂式掘进机截割部(1)前侧安装有激光追踪装置(2)，激光追踪装置(2)由二自由度转台(210)、激光测距模块(222)、磁吸表座(203)、转台壳体(202)和玻璃罩(201)组成，所述激光追踪装置(2)底部为磁吸表座(203)，所述磁吸表座(203)上设有转台壳体(202)，转台壳体(202)前侧有玻璃罩(201)，所述转台壳体(202)上设有二自由度转台(210)，二自由度转台(210)底部设有圆形底板(211)，所述圆形底板(211)上设有圆轨(212)，圆形底板(211)中间设有纵轴舵机支架(215)，所述纵轴舵机支架(215)上安装有纵轴舵机(216)，纵轴舵机(216)上设有纵轴转台(217)，所述纵轴转台(217)两侧下方都设有转台支架(214)，转台支架(214)下都设有圆轨滑块(213)，
2.根据权利要求1所述的基于激光视觉追踪技术的悬臂式掘进机截割部位姿测量方法及系统，其特征在于：所述纵轴舵机(216)转轴中心与圆轨(212)同心，U型卷板(221)正中心与激光测距模块(222)中心轴线对齐，所述纵轴舵机(216)转轴中心轴线与横轴舵机(219)转轴中心轴线相交，该交点即为二自由度操作台(210)旋转中心。
3.根据权利要求1所述的基于激光视觉追踪技术的悬臂式掘进机截割部位姿测量方法及系统，其特征在于：所述图像处理装置(3)安装在机身(4)后侧中间，半透明标靶(307)靶面垂直于机身(4)前向轴线，所述半透明标靶(307)安装在盒子底板(302)前侧，盒子底板(302)上下表面为平行的矩形，所述半透明标靶(307)靶心与盒子底板(302)中线对齐，直线导轨(308)重合于盒子底板(302)中线，所述工业相机(312)镜头正对齐半透明标靶(307)中心。
4.根据权利要求1所述的基于激光视觉追踪技术的悬臂式掘进机截割部位姿测量方法及系统，其特征在于：所述总控模块(304)可与横轴舵机(216)和纵轴舵机(219)相连，获取舵机角位移数值并进行控制，所述总控模块(304)可与工业相机(312)相连，获取图像信息，所述总控模块(304)可与激光测距模块(222)相连，获取距离信息，并进行位姿解算。
5.根据权利要求1所述的基于激光视觉追踪技术的悬臂式掘进机截割部位姿测量方法及系统，其特征在于，包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.基于激光视觉追踪技术的悬臂式掘进机截割部位姿测量方法及系统，其特征在于：所述系统包括悬臂式掘进机截割部(1)、激光追踪装置(2)、图像处理装置(3)和机身(4)，其中，所述悬臂式掘进机截割部(1)由两个轴销(5)与回转中心(6)连接，回转中心(6)设在机身(4)前侧，所述悬臂式掘进机截割部(1)前侧安装有激光追踪装置(2)，激光追踪装置(2)由二自由度转台(210)、激光测距模块(222)、磁吸表座(203)、转台壳体(202)和玻璃罩(201)组成，所述激光追踪装置(2)底部为磁吸表座(203)，所述磁吸表座(203)上设有转台壳体(202)，转台壳体(202)前侧有玻璃罩(201)，所述转台壳体(202)上设有二自由度转台(210)，二自由度转台(210)底部设有圆形底板(211)，所述圆形底板(211)上设有圆轨(212)，圆形底板(211)中间设有纵轴舵机支架(215)，所述纵轴舵机支架(215)上安装有纵轴舵机(216)，纵轴舵机(216)上设有纵轴转台(217)，所述纵轴转台(217)两侧下方都设有转台支架(214)，转台支架(214)下都设有圆轨滑块(213)，所述圆轨滑块(213)与圆轨(212)嵌合，纵轴转台(217)上表面一侧安装有横轴舵机支架(218)，所述纵轴转台(217)另一侧安装有卷板卡柄(220)，横轴舵机支架(218)上装有横轴舵机(219)，所述横轴舵机(219)和卷板卡柄(220)之间安装有u型卷板(221)，u型卷板(221)外侧中心安装有激光测距模块(222)，所述机身(4)后盖设有图像处理装置(3)，图像处理装置(3)底部设有总控箱(303)，所述总控箱(303)里设有总控模块(304)，总控箱(303)下方设有盒体磁吸表座(305)，所述总控箱(303)上设有盒子底板(302)，盒子底板(302)前侧设有标靶夹具(306)，所述标靶夹具(...
【专利技术属性】
技术研发人员：许吉禅，杨孝筱，马天兵，阮大志，朱孟双，吕昕辰，韦攀，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：
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