[發明專利]基于SLAM技術的煤礦綜采面巡視無人車以及自主巡視的方法

有效

• 申請號: 201910201520.1
• 申請日: 2019-03-18
• 公開（公告）號: CN110058587B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 趙栓峰;唐增輝;王超;賀海濤;郭衛;王淵
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 西安文盛專利代理有限公司 61100
• 代理人: 佘文英

1.一種基于SLAM技術的煤礦綜采面巡視無人車，所述綜采面巡視無人車包括雙目攝像頭（2）、防護架（1）、底盤（4）、防爆箱（3），其特征在于：所述無人車上還搭載有智能模塊和傳感器模塊；所述智能模塊包括煤礦環境圖像處理模塊、雙目攝像頭標定模塊、綜采面SLAM模塊、煤礦地圖維護與無人車路徑規劃模塊；所述防爆箱（3）焊接在無人車底盤（4）上，所述雙目攝像頭（2）安裝在車頂上，雙目攝像頭（2）頂端安裝防護架（1）；所述傳感器模塊包括慣性傳感器；所述慣性傳感器采集無人車在礦井中的運動信息；所述雙目攝像頭獲取無人車在礦井中的圖像信息；所述煤礦環境圖像處理模塊將雙目攝像頭采集到的圖像信息與礦井中的實際標定環境建立映射關系；所述綜采面SLAM模塊根據雙目攝像頭捕獲的圖像信息以及慣性傳感器采集到的運動信息對無人車在礦井中的位置進行定位，創建初始煤礦環境地圖；所述煤礦地圖維護與無人車路徑規劃模塊對綜采面SLAM模塊獲得的無人車在礦井中的位置定位信息以及初始煤礦環境地圖信息不停地進行更新之后，通過無人車控制系統以及采用滾動窗口的路徑規劃算法確定無人車到達礦井中其它位置的最優路徑；

所述綜采面巡視無人車實現礦井自主巡視的方法包括以下步驟：

第一步：標定雙目攝像頭的內參數，對綜采面SLAM模塊進行初始化，并且獲得初始煤礦環境地圖；

第二步：無人車在礦井巡視時，雙目攝像頭將在當前位置采集到的圖像信息與初始煤始環境地圖進行特征點匹配，如果匹配成功，則進行第三步；如果匹配不成功，則啟動全局重定位算法重新進行匹配，直到匹配成功；

第三步：若特征點匹配成功，無人車采用基于最小二乘法的ICP算法建立綜采面巡視無人車運動模型，使用SVD分解法求解運動模型，結合非線性優化的方式求解綜采面無人車的位姿；同時無人車在巡視過程中不斷添加新位置的環境地圖點，構成當前煤礦環境地圖，同時對當前煤礦環境地圖不停地進行更新；

第四步：當無人車對當前礦井位置對應的巡視任務完成后，通過無人車控制系統以及采用滾動窗口的路徑規劃算法確定無人車到達礦井中下一目標位置的最優路徑，無人車將以最優路徑到達下一目標位置進行繼續巡視工作。

2.根據權利要求1所述的一種基于SLAM技術的煤礦綜采面巡視無人車，其特征在于：所述煤礦環境圖像處理模塊、雙目攝像頭標定模塊、綜采面SLAM模塊、煤礦地圖維護與無人車路徑規劃模塊分別通過各自的應用程序編程接口進行通信。

3.根據權利要求1所述的一種基于SLAM技術的煤礦綜采面巡視無人車，其特征在于：第一步標定雙目攝像頭的內參數，具體步驟如下：

步驟1）將雙目攝像頭對準所要標定的綜采面環境模板；

步驟2）啟動雙目攝像頭標定模塊，在保證無人車要標定的煤礦綜采面環境模板全部位于雙目攝像頭圖像視野中的前提下，從至少兩個方向對要標定的綜采面環境模板進行拍照，采集標定模板圖像；

步驟3）將采集到的標定模塊圖像中檢測到的特征點與實際標定環境的特征點建立對應關系，采用張正友的平面標定算法自動計算出雙目攝像頭優化的內參數矩陣，并保存到雙目攝像頭標定模塊中。

4.根據權利要求1所述的一種基于SLAM技術的煤礦綜采面巡視無人車，其特征在于：全局重定位算法是將雙目攝像頭獲取的圖像信息添加到第一步的初始煤礦環境初始地圖中，重新進行特征點匹配，直到匹配成功。