[發(fā)明專利]一種基于圖像識別的采煤機滾筒自動調(diào)高裝置與方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710532892.3
• 申請日: 2017-07-03
• 公開（公告）號: CN107120116B
• 公開（公告）日: 2020-01-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉送永;郝志超;程誠;崔新霞;江紅祥;李偉;沈剛;劉后廣;楊建華
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號: E21C35/24
• 分類號: E21C35/24;E21C31/08
• 代理公司: 32249 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 彭雄

1.一種基于圖像識別的采煤機滾筒自動調(diào)高裝置的自動調(diào)高方法，其特征在于：包括攝像模塊(4)、圖像識別處理模塊、采煤機搖臂調(diào)高模塊、攝像監(jiān)控模塊、滾筒軌跡跟蹤傳感器模塊；其中，

所述攝像模塊(4)用于拍攝采煤工作面煤巖圖像并將其輸入至圖像識別處理模塊和攝像監(jiān)控模塊；

所述圖像識別處理模塊用于對攝像模塊(4)拍攝到的采煤工作面煤巖圖像進行圖像去噪、紋理提取、邊緣檢測操作，建立煤巖圖像坐標(biāo)系，根據(jù)煤巖圖像坐標(biāo)系對采煤工作面煤巖圖像進行界面軌跡優(yōu)化，通過優(yōu)化后的界面軌跡獲取滾筒待移動坐標(biāo)；并將獲取的滾筒待移動坐標(biāo)輸出給采煤機搖臂調(diào)高模塊，將優(yōu)化后的界面軌跡輸送給滾筒軌跡跟蹤傳感器模塊；

所述的圖像識別處理模塊通過matlab軟件的圖像處理功能實現(xiàn)對拍攝到的采煤工作面煤巖圖像進行圖像去噪、紋理提取、邊緣檢測操作，去噪主要利用空域濾波技術(shù)：利用濾波器去除圖像中噪聲，主要運用IPT函數(shù)ordfilt2函數(shù)生成濾波器；紋理提取主要通過紋理的均值、方差、均勻性描述符進行提取，分析每個像素下的紋理特征；邊緣檢測主要運用IPT函數(shù)edge進行邊緣檢測，用于檢測煤巖界面，將檢測識別到的連續(xù)界線，按等距離提取若干點，使用樣條差值法得到滾筒截割軌跡曲線，并給出相鄰點的豎直和水平位移，以便于后續(xù)控制；二維坐標(biāo)變換后得到大地坐標(biāo)系下的煤巖界面軌跡，通過提取點后的煤巖界面軌跡獲取滾筒待移動坐標(biāo)；

所述采煤機搖臂調(diào)高模塊用于將滾筒待移動坐標(biāo)輸出至采煤機搖臂調(diào)高模塊中的PLC控制系統(tǒng)，PLC控制系統(tǒng)根據(jù)滾筒待移動坐標(biāo)運算得到油缸的推進量/退回量，將油缸的推進量/退回量輸入至調(diào)高油缸中，通過調(diào)高油缸控制搖臂(2)擺動，使得搖臂(2)上的滾筒(3)在采煤工作面上下自動調(diào)高，直至調(diào)到滾筒待移動坐標(biāo)上；

所述的采煤機搖臂調(diào)高模塊包括PLC控制系統(tǒng)和調(diào)高油缸，PLC控制系統(tǒng)與計算機終端相連接，一個調(diào)高油缸固定在采煤機主體(1)的一端，另一個調(diào)高油缸固定在采煤機主體(1)的另一端，用于推動搖臂(2)擺動，從而使搖臂(2)上的滾筒(3)在采煤工作面上下自動調(diào)高；

采煤機主體兩端均設(shè)有搖臂(2)、滾筒(3)，調(diào)高油缸固定在采煤機主體(1)上，所述調(diào)高油缸與搖臂(2)的一端相接觸，所述搖臂(2)的一端與所述采煤機主體(1)通過軸承連接，所述搖臂(2)的另一端與滾筒(3)連接；

所述攝像監(jiān)控模塊用于根據(jù)采煤工作面煤巖圖像監(jiān)測滾筒在截割時是否截割到巖石；

所述攝像模塊包括CCD高清攝像機(4-1)、防塵玻璃箱(4-2)、LED照明燈(4-3)；

所述防塵玻璃箱(4-2)設(shè)置于采煤機主體(1)上，用于防止灰塵污染CCD高清攝像機(4-1)的鏡頭；所述LED照明燈(4-3)設(shè)置于防塵玻璃箱(4-2)上，用于給CCD高清攝像機(4-1)提供照明；所述CCD高清攝像機(4-1)設(shè)置于防塵玻璃箱(4-2)內(nèi)，用于拍攝采煤工作面煤巖圖像；

所述滾筒軌跡跟蹤傳感器模塊用于對采煤機搖臂進行路徑檢測計算，并將得到的路徑與實際采煤工作面圖像中的煤巖界面進行對比，確定其擬合程度；

所述滾筒軌跡跟蹤傳感器模塊安裝在采煤機搖臂上，所述滾筒軌跡跟蹤傳感器模塊包括位置坐標(biāo)傳感器，所述位置坐標(biāo)傳感器用于對采煤機搖臂(2)移動位置的記錄，所述滾筒軌跡跟蹤傳感器模塊根據(jù)記錄的采煤機搖臂(2)移動位置進行路徑檢測計算；

包括以下步驟：

(a)通過攝像模塊(4)拍攝采煤工作面煤巖圖像，并將其輸入至圖像識別處理模塊和攝像監(jiān)控模塊；

(b)通過圖像識別處理模塊對步驟(a)拍攝到的采煤工作面煤巖圖像進行圖像去噪、紋理提取、邊緣檢測操作，建立煤巖圖像坐標(biāo)系；

(c)根據(jù)步驟(b)得到的煤巖圖像坐標(biāo)系對采煤工作面煤巖圖像進行界面軌跡優(yōu)化，通過優(yōu)化后的界面軌跡獲取滾筒待移動坐標(biāo)；并將獲取的滾筒待移動坐標(biāo)輸出給采煤機搖臂調(diào)高模塊，將優(yōu)化后的界面軌跡輸送給滾筒軌跡跟蹤傳感器模塊；

(d)通過采煤機搖臂調(diào)高模塊將步驟(c)中的滾筒待移動坐標(biāo)輸出至采煤機搖臂調(diào)高模塊中的PLC控制系統(tǒng)，PLC控制系統(tǒng)根據(jù)滾筒待移動坐標(biāo)運算得到油缸的推進量/退回量，將油缸的推進量/退回量輸入至調(diào)高油缸中，通過調(diào)高油缸控制搖臂(2)擺動，使得搖臂(2)上的滾筒(3)在采煤工作面上下自動調(diào)高，直至調(diào)到滾筒待移動坐標(biāo)上；

(e)通過攝像監(jiān)控模塊對步驟(c)得到的滾筒(3)在實際采煤工作面上的行走路徑進行監(jiān)測，根據(jù)步驟(a)拍攝到的采煤工作面煤巖圖像監(jiān)測滾筒在截割時是否截割到巖石，若截割到巖石，人工干預(yù)進行手動調(diào)高。