[發(fā)明專利]一種掘進機絕對空間位姿檢測裝置與方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710376489.6
• 申請日: 2017-05-25
• 公開（公告）號: CN107014379B
• 公開（公告）日: 2019-09-20
• 發(fā)明（設計）人: 劉送永;吳洪狀;江紅祥;程誠;韓玉輝;李偉;沈剛;唐瑋;劉后廣;楊建華
• 申請（專利權）人: 中國礦業(yè)大學
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01C21/20
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

1.一種掘進機絕對空間位姿檢測裝置，其特征在于：包括激光發(fā)射模塊(7)、圖像獲取模塊(6)、捷聯(lián)慣導模塊(2)和數(shù)據(jù)處理與控制模塊(3)，激光發(fā)射模塊(7)固定于坐標已知的懸臂式掘進機主體(1)的后方巷道中間位置，圖像獲取模塊(6)、捷聯(lián)慣導模塊(2)和數(shù)據(jù)處理與控制模塊(3)固定在懸臂式掘進機主體(1)上；激光發(fā)射模塊(7)用于產(chǎn)生激光圖像，圖像獲取模塊(6)用于獲取激光圖像，捷聯(lián)慣導模塊(2)用于提供導航信息，數(shù)據(jù)處理與控制模塊(3)根據(jù)激光圖像與導航信息解算出懸臂式掘進機六自由度的位姿狀態(tài)；

所述數(shù)據(jù)處理與控制模塊(3)包括嵌入式微處理器和PLC控制器，嵌入式微處理器和PLC控制器分別集成安裝在隔爆箱內(nèi)，通過隔振器(4)固定在懸臂式掘進機主體(1)上；所述捷聯(lián)慣導模塊(2)安裝在隔爆箱內(nèi)，通過隔振器(4)固定在懸臂式掘進機主體(1)上；所述嵌入式微處理器對導航信息進行實時解算，得到懸臂式掘進機的六自由度位姿參數(shù)，同時對激光圖像進行包括圖像處理、特征提取、坐標運算、位姿求解在內(nèi)的運算，得到懸臂式掘進機前進方向位置之外的五自由度位姿狀態(tài)；

所述激光發(fā)射模塊(7)包括激光發(fā)射器安裝架(7-3)、點激光發(fā)射器(7-1)和扇面激光發(fā)射器(7-2)，點激光發(fā)射器(7-1)和扇面激光發(fā)射器(7-2)均為本安隔爆型激光發(fā)射器，點激光發(fā)射器(7-1)和扇面激光發(fā)射器(7-2)通過激光發(fā)射器安裝架(7-3)固定于坐標已知的懸臂式掘進機主體(1)的后方巷道中間位置；所述扇面激光發(fā)射器(7-2)布置在巷道橫截面的中部位置，扇面激光發(fā)射器(7-2)發(fā)射出的激光平行于巷道地面；點激光發(fā)射器(7-1)的數(shù)量為三個，分布在扇面激光發(fā)射器(7-2)的兩側，其中一側安裝兩個，另一側安裝一個，位于同一側的兩個點激光發(fā)射器(7-1)的連線垂直于扇面激光發(fā)射器(7-2)，位于同一側的兩個點激光發(fā)射器(7-1)中的一個與另一側的一個點激光發(fā)射器(7-1)的高度相同，三個點激光發(fā)射器(7-1)發(fā)射出的激光均平行于巷道中軸線；

所述圖像獲取模塊(6)安裝在的數(shù)量為兩個，分別安裝在兩個圖像獲取模塊安裝架(5)上，通過隔振器(4)前后交錯、高度相同地固定在懸臂式掘進機主體(1)的兩側；所述圖像獲取模塊(6)包括防塵箱(6-1)、半透明板(6-2)、攝像機(6-3)和LED燈(6-4)，攝像機(6-3)為本安隔爆型攝像機，LED燈(6-4)為隔爆型LED燈，半透明板(6-2)作為防塵箱(6-1)朝向后方的一個側板，該側板垂直于巷道中軸線；在半透明板(6-2)內(nèi)側四個角點的固定位置處標記或加工參考點(6-2-1)，通過參考點(6-2-1)為激光成像位置提供參考；攝像機(6-3)安裝在防塵箱(6-1)內(nèi)部，攝像機(6-3)的鏡頭軸線與半透明板(6-2)的中心軸線重合，確保攝像機(6-3)能夠拍攝到所有參考點(6-2-1)，LED燈(6-4)沿攝像機(6-3)的鏡頭軸線周向均勻布置。

2.根據(jù)權利要求1所述的掘進機絕對空間位姿檢測裝置，其特征在于：所述激光發(fā)射模塊(7)發(fā)射出的激光為紅光，所述圖像獲取模塊(6)中半透明板(6-2)為綠色亞克力板。

3.一種基于權利要求1或2所述的掘進機絕對空間位姿檢測裝置的檢測方法，其特征在于：是一種由捷聯(lián)慣導位姿檢測方法和視覺位姿檢測方法復合而成的方法，具體為：使用捷聯(lián)慣導位姿檢測方法實時獲取懸臂式掘進機主體的位姿信息，每間隔t時長使用視覺位姿檢測方法獲取一次懸臂式掘進機主體的位姿信息，然后使用最優(yōu)估計方法對兩種位姿檢測方法得到的位姿信息進行異步融合，得到精準的位姿信息，同時更新捷聯(lián)慣導位姿檢測方法的初值；當視覺位姿檢測方法獲取的激光圖像清晰度低于設定閾值時，調(diào)整激光圖像發(fā)生源的位置。

4.根據(jù)權利要求3所述的檢測方法，其特征在于：所述最優(yōu)估計方法為卡爾曼濾波方法。