【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，属煤矿采掘设备应用、检测测 量的
技术介绍
悬臂式掘进机，是大中型煤矿中最主要的采掘设备。采煤掘进机是在一个狭小的巷道内往复采煤作业，空间有限、环境恶劣、工作面粉尘大、作业现场光线差，特别是在截割巷道底板时，操作员视线受到机身的遮挡，很难判断 掘进机的截割位置和姿态，给掘进方向控制带来很大困难，致使掘进速度慢、生产效率低、 巷道超采、欠采现象严重，采掘质量差，存在很大的安全隐患。根据采煤掘进机在煤矿井下采煤作业的实际情况，如何使采煤掘进机在作业时处 于最佳位置和空间位姿，并进行自动检测，是急需解决的问题。公开号为CN201013380、名称为全自动掘进机的技术专利，提出采用航天导航 定位仪测量掘进机位置，但没有测量掘进机身的姿态；公开号为CN101266134A、名称为悬 臂掘进机头位姿的测量系统及其方法的专利技术专利，提出采用激光机动全站仪测量掘进机车 体在大地坐标系的坐标，车体偏摆角传感器测量车体偏摆角，双轴倾角传感器测量车体俯 仰角和横滚角，其俯仰角和横滚角均以水平面为基准，但只适用于水平掘进巷道，此外，该 方法要求全站仪安装位置...
【技术保护点】
一种掘进机的空间位姿自动测量方法，其特征在于：使用的测量仪器为激光指向仪、工业摄像机、工控计算机、图像采集卡，其规格如下：激光指向仪：ＹＢＪ－６００工业摄像机：ＫＢＡ１１２工控计算机：ＰＣＭ－９３８７Ｆ图像采集卡：ＣＣ↓［１］４１０测量方法如下：Ⅰ、布置掘进机及测量仪器，使其处于准工作状态①将掘进机身（２）置于煤岩断面（３）的前部，截割头（８）接触煤岩断面３；②将激光指向仪（４）、工业摄像机（５）、朝向煤岩断面（３）、截割头（８）；③工业摄像机（５）通过导线（９）联接图像采集卡（７）、工控计算机（６）；Ⅱ、激光指向仪光束与摄像机光轴方向相对位姿测量①设定光斑接收装置在掘进机...
【技术特征摘要】
一种掘进机的空间位姿自动测量方法，其特征在于使用的测量仪器为激光指向仪、工业摄像机、工控计算机、图像采集卡，其规格如下激光指向仪YBJ-600工业摄像机KBA112工控计算机PCM-9387F图像采集卡CC1410测量方法如下I、布置掘进机及测量仪器，使其处于准工作状态①将掘进机身(2)置于煤岩断面(3)的前部，截割头(8)接触煤岩断面3；②将激光指向仪(4)、工业摄像机(5)、朝向煤岩断面(3)、截割头(8)；③工业摄像机(5)通过导线(9)联接图像采集卡(7)、工控计算机(6)；II、激光指向仪光束与摄像机光轴方向相对位姿测量①设定光斑接收装置在掘进机身后部设置平面形光斑接收装置，平面上水平设置九个距离特征点，并将其排列为三行三列，行、列之间为等间距，九个特征点处于同一平面内，并平行、垂直左、右、上、下轴线；②调整激光指向仪、工业摄像机与光斑接收装置之间的相对位置调整激光指向仪、工业摄像机指向，使激光指向仪与其中一个特征点重合；③确定光斑接收装置上的A、B两个特征点为激光指向仪、工业摄像机的基准点，A、B特征点处于同一水平面上；④调整并确定工业摄像机、激光指向仪与A、B基准点的水平距离；⑤调整并确定工业摄像机与光斑接收装置之间距离、工业摄像机与激光指向仪之间距离；⑥采集光斑接收装置上两个特征点图像，并由工控计算机处理，计算激光指向仪光束与工业摄像机光轴之间相对位姿；⑦识别图像中两光斑特征，将二者绕原点旋转，使连线与横轴平行，转过的角度即为工业摄像机的横滚角；⑧基于前面所得数据，用旋转后的主特征点的横坐标，计算出工业摄像机光轴与激光指向仪光束之间的偏转角，由纵坐标算出工业摄像机光轴与激光指向仪光束之间的俯仰角；⑨激光指向仪与工业摄像机为刚性固定联接，二者空间位姿只需检测一次；III、工业摄像机对掘进机身的空间位姿测量①特征点阵设置掘进机身后部的光斑接收装置上的九个特征点，在同一水平面上，不共线，即机身位姿；②将工业摄像机与激光指向仪悬挂于掘进机后部巷道壁顶上，并调整激光指向仪、工业摄像机指向，并固定，使掘进机身上的光斑接收装置的特征点均置于摄像机视场内，视场角为±60°，直线距离为10-12米；③采集一组特征点阵图像，输入工控计算机，计算工业摄像机对特征点阵的空间位姿；④提取图像中特征点区域并做标记，检测特征点位置坐标；⑤根据特征点阵图像特征，自动完成特征点的图像匹配；⑥在获得全部特征点及图像坐标数据后，用混合标定法对工业摄像机进行标定，计算出工业摄像机对特征点阵的空间位姿；IV、将步骤II所得工业摄像机光轴与激光指向仪光束之间的空间位姿数据，和步骤III中所得工业摄像机与特征点阵相对位姿数据进行合并，计算出特征点阵，即掘进机身相对激光指向仪光束，即理论巷道轴线的空间位姿。2.根据权利要求1所述的一种掘进机的空间位姿自动测量方法，其特征在于所述的 掘进机的空间位姿测量设备的安装及布置为由光斑接收装置特征点阵(1)、激光指向仪(4)、工业摄像机(5)、工控计算机(6)、图像采集卡(7)组成，激光指向仪(4)与工业摄像机(5)通过锚杆固定在掘进机身(2)后部10-12米的巷道壁顶上，光斑接收装置特征点阵(1) 置于掘进机身(2)后部，光斑接收装置特征点阵(1)上设置九个特征点，激光指向仪、工业 摄像机最大覆盖角为士60°，激光指向仪(4)、工业摄像机(5)、工控计算机(6)、图像采集 卡(7)通过导线(9)联接。3.根据权利要求1所述的一种掘进机的空间位姿自动测量方法，其特征在于所述的 掘进机空间位姿测量相关计算如下2)计算工业摄像机(5)相对激光指向仪⑷的空间位姿； 如图2所示①在任意铅垂面η上水平设置两个特征点A和B；②于距离铅垂面η为L处悬挂激光指向仪(4)和工业摄像机(5)，且使工业摄像机(5) 垂直指向铅垂面η ；③在与铅垂面η平行的平面内移动激光指向仪(4)和工业摄像机(5)，使激光指向仪 (5)发出光束光斑与特征点A重合；用工业摄像机(5)采集两特征点图像，如图3、4所示，两特征点对应图像中心分别为 a(xA, yA)、b(xB，yB)，则工业摄像机(5)横滚角为 S1 = arctanC^①①<formula>formula see original document page 3</formula>将a(xA，yA)和b(xB，yB)围绕原点ο旋转角度δ工，旋转后的a点坐标为<formula>formula see original document page 3</formula>则工业摄像机(5)轴线相对激光指向仪(4)光束的偏航角 /<formula>formula see original document page 3</formula>工业摄像机(5)轴线相对激光指向仪⑷光束的俯仰角<formula>formula see original document page 3</formula>(4)式中，H为工业摄像机(5)与激光指向仪⑷安装距离，L为工业摄像机(5)与铅垂面η之间距离，f为工业摄像机(5)的...
【专利技术属性】
技术研发人员：田原，王德光，金江，于向东，张忠国，张胜达，侯林，冯家鹏，
申请(专利权)人：煤炭科学研究总院太原研究院，煤炭科学研究总院山西煤机装备有限公司，
类型：发明
国别省市：14[中国|山西]
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