[發明專利]一種四點式掘進機自動定位定向方法

有效

• 申請號: 201611235639.3
• 申請日: 2016-12-28
• 公開（公告）號: CN106840137B
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發明（設計）人: 田原;張建廣;楊文杰;趙永紅;梁萬吉;王學成;白雪峰;閻志偉;王智輝;王瑤;陳露;田秋實
• 申請（專利權）人: 中國煤炭科工集團太原研究院有限公司;山西天地煤機裝備有限公司
• 主分類號: G01C21/00
• 分類號: G01C21/00
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 任林芳;王芳

本發明屬于煤礦裝備自動化技術領域，為解決掘進機在井下巷道中作業時能實現自動定位定向的技術問題，提供了一種四點式掘進機自動定位定向方法，基于機器視覺技術的掘進機自動定位定向方法，取掘進機機身上四個特征點，由工業智能攝像機獲取其圖像，從中解算掘進機機身相對于工業智能攝像機的偏轉角、橫滾角、俯仰角以及機身的橫向偏移量、縱向偏移量和機身到工業智能攝像機的距離等參數，實現掘進機自動定位定向，本發明具有自動化程度高，結構簡單，姿態信息完整、精度高等優點。

技術領域

本發明屬于煤礦裝備自動化技術領域，具體涉及一種四點式掘進機自動定位定向方法。

背景技術

煤礦井下掘進機工作面環境惡劣，又是事故高發區域，因此掘進工作面的自動化，少人無人化是煤礦的發展趨勢和迫切需求，掘進機的自動定位定向技術是實現掘進工作面自動化，少人無人化的關鍵技術。

發明內容

本發明為解決掘進機在井下巷道中作業時能實現自動定位定向的技術問題，提供了一種四點式掘進機自動定位定向方法。

本發明采用的技術方案如下：

一種四點式掘進機自動定位定向方法，基于機器視覺技術的四點法獲得掘進機機身空間位置和姿態參數；具體方法為：在掘進機機身上表面選取四個特征點，將視覺定位定向儀安裝在掘進機后方巷道頂板上，利用視覺定位定向儀中的工業智能攝像機對在掘進機上選定的四個特征點成像，分析特征點圖像與已知的四個特征點之間的相對位置關系，計算得到掘進機在工業智能攝像機坐標系中的空間位置及空間姿態的偏轉角、橫滾角、俯仰角、機身的橫向偏移量、機身的縱向偏移量和機身到工業智能攝像機的距離六個參數，通過標定工業智能攝像機與視覺定位定向儀上的激光器之間的相對位置關系，將掘進機在工業智能攝像機坐標系中的空間位置和姿態參數轉換到代表巷道設計基準下的掘進機空間位置和姿態參數。

所述四個特征點取在掘進機機身的上表面，呈“口”字形分布，且四點相對于掘進機機身縱向軸線對稱。

所述掘進機在工業智能攝像機坐標系中的偏轉角、橫滾角、俯仰角、機身的橫向偏移量、機身的縱向偏移量和機身到工業智能攝像機的距離的計算方法為：

機身與工業智能攝像機之間距離根據

計算出，各特征點A、B、C、D 在工業智能攝像機坐標系中的橫向縱向二維空間坐標根據

計算出，AB 和CD 的中點M、N 的橫向縱向二維空間坐標根據

計算出，將MN 投影在水平面上，則MN，即掘進機機身中軸線在工業智能攝像機坐標系中的偏轉角根據

計算出；將MN 投影在鉛垂面上，則機身俯仰角根據

計算出；A、B 的像點在工業智能攝像機坐標系中與其橫軸的夾角即為掘進機機身的橫滾角；

以MN 的中點為機身中心，則機身的縱向偏移、橫向偏移、與工業智能攝像機之間的距離即掘進機機身的空間位置坐標(x, y, z)根據

計算出；

其中：A、B、C、D 為選定的特征點，、、、分別為A、B、C、D的像，AB、CD為機身特征點間距，MN為AB、CD的中點連線，f為工業智能攝像機鏡頭焦距。