[發(fā)明專利]一種基于機(jī)器視覺(jué)和慣性導(dǎo)航的掘進(jìn)機(jī)位姿檢測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110084687.1
• 申請(qǐng)日: 2021-01-21
• 公開（公告）號(hào): CN112857367B
• 公開（公告）日: 2023-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賈曲;田原;陳寧;索艷春;董孟陽(yáng);張婷;李濤;郭皇煌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)煤炭科工集團(tuán)太原研究院有限公司;山西天地煤機(jī)裝備有限公司
• 主分類號(hào): G01C21/16
• 分類號(hào): G01C21/16
• 代理公司: 太原晉科知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 任林芳

本發(fā)明涉及導(dǎo)航定位領(lǐng)域，尤其涉及一種基于機(jī)器視覺(jué)和慣性導(dǎo)航的掘進(jìn)機(jī)位姿檢測(cè)方法。包括以下步驟。S100～慣性系統(tǒng)和工業(yè)相機(jī)剛性連接，并且固定在掘進(jìn)機(jī)機(jī)身頂部；慣性系統(tǒng)用來(lái)檢測(cè)掘進(jìn)機(jī)的姿態(tài)。S200～工業(yè)相機(jī)以視頻流方式實(shí)時(shí)顯示巷道頂板信息，控制主機(jī)以圖片格式保存視頻流中的幀序列，對(duì)圖像進(jìn)行處理，求出圖像中目標(biāo)的位置和旋轉(zhuǎn)、平移參數(shù)，其中，巷道頂板特征是巷道的頂板托盤，呈現(xiàn)正方形。S300～交換機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)與控制主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，控制主機(jī)對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、目標(biāo)檢測(cè)與識(shí)別、目標(biāo)跟蹤，對(duì)慣性系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，求出掘進(jìn)機(jī)實(shí)時(shí)姿態(tài)參數(shù)。S400～利用組合導(dǎo)航檢測(cè)掘進(jìn)機(jī)的位置參數(shù)增量與實(shí)時(shí)姿態(tài)參數(shù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及導(dǎo)航定位領(lǐng)域，尤其涉及一種基于機(jī)器視覺(jué)和慣性導(dǎo)航的掘進(jìn)機(jī)位姿檢測(cè)方法。

背景技術(shù)

煤炭資源是我國(guó)最重要的一次性能源，隨著煤炭開采機(jī)械化水平的不斷提高，煤礦井下巷道的開采變得格外重要。懸臂式掘進(jìn)機(jī)作為煤礦井下巷道綜合掘進(jìn)最重要的一種采掘機(jī)械，廣泛應(yīng)用于各種類型的巷道掘進(jìn)中，但掘進(jìn)工作面臨著工作環(huán)境惡劣，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，掘進(jìn)方向可控性差，掘進(jìn)巷道成型質(zhì)量差等難題，故智能化和自動(dòng)化的綜掘技術(shù)是巷道掘進(jìn)發(fā)展的必備條件。

懸臂式掘進(jìn)機(jī)利用其懸臂回轉(zhuǎn)和俯仰動(dòng)作控制末端截割部進(jìn)行煤巖切割，截割過(guò)程中依靠機(jī)身與巷道底板間的摩擦力與截割部分所受側(cè)向截割阻力相平衡，以保持機(jī)身相對(duì)靜止。側(cè)向截割阻力大于機(jī)身與巷道底板間的摩擦力時(shí)，機(jī)身就會(huì)發(fā)生側(cè)滑和偏轉(zhuǎn)，截割出的斷面輪廓形狀與位置就可能與設(shè)計(jì)參數(shù)不同，從而改變巷道走向。

導(dǎo)航系統(tǒng)被應(yīng)用于軍事、工業(yè)、煤炭行業(yè)等眾多領(lǐng)域中。目前導(dǎo)航技術(shù)多種多樣，如航空航天領(lǐng)域中的MEMS-IMU組合導(dǎo)航系統(tǒng)，軍事領(lǐng)域中的GPS/SINS組合導(dǎo)航系統(tǒng)和車載GPS與多傳感器的組合導(dǎo)航等，因?yàn)閼T性導(dǎo)航具有自主性、不對(duì)外界輻射和不受周圍環(huán)境影響，機(jī)器視覺(jué)定位精度高，所以本專利采用慣性導(dǎo)航和機(jī)器視覺(jué)的組合導(dǎo)航進(jìn)行掘進(jìn)機(jī)導(dǎo)航定位。

公號(hào)為CN109974715A的發(fā)明專利“捷聯(lián)慣導(dǎo)和光斑識(shí)別組合的掘進(jìn)機(jī)自主導(dǎo)航系統(tǒng)及方法”，該專利提出利用電子羅盤系統(tǒng)測(cè)量掘進(jìn)機(jī)的偏航角、翻滾角和俯仰角，采用線形光斑識(shí)別系統(tǒng)檢測(cè)掘進(jìn)機(jī)位置信息。主要原理是在巷道后方安裝扇面激光發(fā)射器，在掘進(jìn)機(jī)機(jī)身安裝激光探測(cè)標(biāo)靶，巷道后方扇面激光發(fā)射出的扇面激光垂直投射到機(jī)身上的激光探測(cè)標(biāo)靶上，經(jīng)過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換，單片機(jī)通過(guò)解算激光信號(hào)中所攜帶的線形光斑位置信息，進(jìn)一步可以得到掘進(jìn)機(jī)位置信息。此發(fā)明屬于掘進(jìn)機(jī)自主導(dǎo)航領(lǐng)域。

公號(hào)為CN109115173A的發(fā)明專利“基于直線定位模型的掘進(jìn)機(jī)機(jī)身位姿單目視覺(jué)測(cè)量方法”，該專利主要通過(guò)單目相機(jī)采集激光光束圖像信息，對(duì)圖像進(jìn)行處理，解算攝像機(jī)的位姿信息，通過(guò)相機(jī)坐標(biāo)系與機(jī)身載體坐標(biāo)系之間的相互轉(zhuǎn)換得到掘進(jìn)機(jī)機(jī)身的位姿信息。利用全站儀測(cè)量激光指向儀的絕對(duì)位姿信息，根據(jù)激光指向儀與相機(jī)的位置關(guān)系，計(jì)算相機(jī)的絕對(duì)位姿信息，通過(guò)相機(jī)坐標(biāo)系和掘進(jìn)機(jī)載體坐標(biāo)系之間的信息傳遞，得到掘進(jìn)機(jī)的絕對(duì)位姿信息。該方法屬于機(jī)器視覺(jué)在掘進(jìn)機(jī)導(dǎo)航定位領(lǐng)域的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決上述問(wèn)題，提供一種基于機(jī)器視覺(jué)和慣性導(dǎo)航的掘進(jìn)機(jī)位姿檢測(cè)方法。

本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：一種基于機(jī)器視覺(jué)和慣性導(dǎo)航的掘進(jìn)機(jī)位姿檢測(cè)方法，包括以下步驟。

S100～慣性系統(tǒng)和工業(yè)相機(jī)剛性連接，并且固定在掘進(jìn)機(jī)機(jī)身頂部；慣性系統(tǒng)用來(lái)檢測(cè)掘進(jìn)機(jī)的姿態(tài)。根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)緯高參數(shù)對(duì)慣性系統(tǒng)進(jìn)行初對(duì)準(zhǔn)，對(duì)準(zhǔn)結(jié)束后開始采集掘進(jìn)機(jī)地理坐標(biāo)系下的X軸、Y軸和Z軸角度參數(shù)，根據(jù)掘進(jìn)機(jī)姿態(tài)角的定義，求出其姿態(tài)角，并傳輸至交換機(jī)。

S200～工業(yè)相機(jī)以視頻流方式實(shí)時(shí)顯示巷道頂板信息，控制主機(jī)以圖片格式保存視頻流中的幀序列，對(duì)圖像進(jìn)行處理，求出圖像中目標(biāo)的位置和旋轉(zhuǎn)、平移參數(shù)，其中，巷道頂板特征是巷道的頂板托盤，呈現(xiàn)正方形。