[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

本發明公開了一種基于SLAM技術的煤礦綜采面巡視無人車以及自主巡視的方法，首先對綜采面SLAM模塊進行初始化，并且獲得煤礦初始環境地圖；將在當前位置采集到的煤礦環境圖像信息與初始環境地圖進行特征點匹配，如果匹配成功，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；當綜采面巡視無人車對當前礦井位置對應的巡視任務完成后，綜采面巡視無人車將以最優路徑到達下一目標點進行巡視。本發明可以使工作人員很便捷的掌握綜采工作面的實際變化情況以及整個礦井下面的地理位置與環境變化，又能對災情做提前預警等工作，很大程度上節省了人力和財力。

技術領域

本發明涉無人車定位領域，具體涉及無人車在煤礦綜采面的定位以及環境地圖構建。

背景技術

隨著無人駕駛技術以及SLAM技術的進步，無人車的應用越來越廣泛，但無人車在礦井中對煤礦綜采面的實地狀況檢測以及對整個礦井環境構建的應用少之又少。

礦用綜采面巡視無人車在礦井下面工作時的實地定位以及對礦井下面特征位置的定位是非常重要的，然而傳統的定位方法是GPS定位、AGPS定位、站定位和WIFI定位等定位方式，這些定位方法對信號要求較高，容易被干擾，并且定位精度較低誤差大。

發明內容

本發明的目的是提出了一種基于SLAM技術的煤礦綜采面巡視無人車以及自主巡視的方法，定位精度高誤差小。

本發明的技術方案是，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、防護架、底盤、防爆箱，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；所述防爆箱焊接在無人車底盤上，所述雙目攝像頭安裝在車頂上，雙目攝像頭頂端安裝防護架；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的運動信息；

所述雙目攝像頭獲取無人車的圖像信息；

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；

所述礦井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。

本發明基于SLAM技術的煤礦綜采面巡視無人車實現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礦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，無人車的控制系統就會認為當前綜采面巡視無人車的位置定位質量差，則會觸發綜采面巡視無人車的局部重定位工作，即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地圖中，再重新進行特征點匹配，直到匹配成功；

第三步：若局部地圖特征點匹配成功，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進不停地行更新；

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。