[發(fā)明專利]一種基于機械臂視覺感知的掘進機位姿檢測系統(tǒng)及方法

有效

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• 申請日: 2020-10-12
• 公開（公告）號: CN112197756B
• 公開（公告）日: 2023-10-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊健健;張強;王超;常博深;王曉林
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學（北京）
• 主分類號: G01C15/00
• 分類號: G01C15/00;G01B11/02;G01B11/26
• 代理公司: 北京友誼嘉知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙) 16075
• 代理人: 張會會

本發(fā)明涉及一種基于機械臂視覺感知的掘進機位姿檢測系統(tǒng)及方法，由激光指向儀、機械臂、CCD圖像傳感器、可編程計算機控制器和機載傾角傳感器組成。激光指向儀發(fā)射激光形成激光光路，可編程計算機控制器控制安裝在掘進機上的機械臂使其末端與激光光路重合，CCD圖像傳感器接收到激光光斑位置信息，機械臂反饋各個關(guān)節(jié)姿態(tài)信息，從而解算掘進機的偏向角和偏向位移。同時，兩個機載傾角傳感器測量的橫滾角和俯仰角，完成掘進機的機身位姿參數(shù)測量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種掘進機領(lǐng)域的煤礦井下作業(yè)的掘進機，特別是涉及一種掘進機機身位姿參數(shù)測量系統(tǒng)及其方法。

背景技術(shù)

在煤巷的綜掘施工時，為實現(xiàn)定向掘進，需在巷道內(nèi)以某種技術(shù)手段標示出巷道掘進方向，為掘進機司機的截割作業(yè)提供指向依據(jù)。目前，絕大多數(shù)均采用激光指向儀來指示巷道設(shè)計中線，采用人工目測激光指向儀打出的激光光斑方式來控制截割頭的截割，此種方法需要人工完成，且易受到工人經(jīng)驗的影響，因綜掘工作面環(huán)境極其惡劣，存在現(xiàn)場光線差、粉塵較大等多種影響因素，造成截割過程中司機視野有限看不清前方具體截割情況，掘進機出現(xiàn)運行位姿誤差時不能及時有效調(diào)整，容易出現(xiàn)超挖，欠挖現(xiàn)象。

人工操作調(diào)整掘進方向，操作繁瑣，且無法保證調(diào)整后的位姿精度，為了改進上述方法的缺點，一些測量掘進機位姿的方法陸續(xù)被提出：

公告號為CN105203099A，授權(quán)公告日2015年12月30日，專利名稱為“掘進機自主定位定向系統(tǒng)及方法”，該專利方案的設(shè)計提出了一種基于iGPS的掘進機單站位姿測量方法，將單站多點分時測量平臺安裝在掘進機后部巷道頂板適宜位置處，接收器和處理器安裝在掘進機機身上，通過各個機載接收器位置坐標計算得出掘進機機身的姿態(tài)參數(shù)。該專利需要在掘進機后方多點布站和定位，多點布站會使發(fā)射站定位時的累積誤差增加。

公告號為CN106052645A，授權(quán)公告日2016年10月26日，專利名稱為“一種懸臂式掘進機空間位姿實時檢測系統(tǒng)及方法”，該專利案的設(shè)計提出了出一種懸臂式掘進機空間位姿實時檢測系統(tǒng)及方法，其通過攝像機圖像識別測量掘進機位姿。該專利通過十字激光發(fā)射器發(fā)射激光到安裝在掘進機上的激光標靶，經(jīng)過攝像機采集激光標靶上的圖像，并進行處理和特征參數(shù)提取，最終得到掘進機在巷道坐標系下的空間位姿參數(shù)。該專利雖然理論上可行，但具有調(diào)節(jié)難度大、對工作人員要求較高、成本較高等缺點，易受煤巷井下惡劣環(huán)境的影響，具體實施有一定的困難，井下實施不具有實用性。

鑒于以上發(fā)明的不足，為了實現(xiàn)掘進機的自動截割和掘進糾偏，本發(fā)明人經(jīng)過不斷的研究、設(shè)計，提出一種基于機械臂視覺感知的掘進機位姿檢測系統(tǒng)及方法，更便捷高效的完成掘進機的位姿測量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于，克服現(xiàn)有的掘進機機身位姿參數(shù)測量系統(tǒng)存在的缺陷，而提出一種基于機械臂視覺感知的掘進機位姿檢測系統(tǒng)及方法，完成掘進機機身位姿參數(shù)(包括偏向位移、偏向角、俯仰角和滾動角)的測量。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：所述系統(tǒng)包括：激光指向儀；機械臂；可編程計算機控制器；CCD圖像傳感器；機載傾角傳感器組成。其中，可編程計算機控制器包含工控機、多軸控制器、電機驅(qū)動器、直流伺服電機；機載傾角傳感器包括橫向傾角傳感器、軸向傾角傳感器和A/D轉(zhuǎn)換模塊。

進一步的，所述系統(tǒng)激光指向儀是由煤礦地測部位安裝，按照巷道設(shè)計要求給出掘進方向指向，是巷道掘進唯一的方向基準。

進一步的，所述系統(tǒng)機械臂可由可編程計算機控制器控制，通過控制末端桿件與激光指向儀發(fā)射的激光光路重合。

進一步的，所述系統(tǒng)CCD圖像傳感器，感知來自激光指向儀發(fā)射的激光信號，反饋機械臂末端桿件與激光指向儀發(fā)射的激光光路重合信號到可編程計算機控制器。

進一步的，所述系統(tǒng)可編程計算機控制器接收來自機械臂反饋的各個關(guān)節(jié)姿態(tài)信息，多軸控制器將數(shù)據(jù)傳送給工控機，工控機解算掘進機的偏向角和偏向位移。