[發明專利]基于激光掃描儀的錨護機械臂避障系統和方法

在審

• 申請號: 202210473585.3
• 申請日: 2022-04-29
• 公開（公告）號: CN114654471A
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 高志強;郭治富;鄧鎵敏;閻志偉;金江;劉偉立;趙永紅
• 申請（專利權）人: 中國煤炭科工集團太原研究院有限公司;山西天地煤機裝備有限公司;煤炭科學研究總院
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 任林芳;趙江艷

本發明屬于煤礦井下錨護施工技術領域，具體是一種基于激光掃描儀的錨護機械臂避障系統及方法，包括S1、通過激光掃描儀分別采集巷道頂板和左右側板云點信息；S2、對巷道頂板和左右側板的云點分別進行平面擬合，分別找到巷道頂板和左右側板的障礙物云點集；S3、建立錨護機器人機械臂關系坐標系，將巷道頂板和左右側板的障礙物云點集內的障礙物云點進行坐標轉化，轉化到錨護機器人坐標系；S4、利用RRT算法計算機械臂末端的工作路徑；S5、根據工作路徑，控制鉆臂完成錨護作業。本發明適用于光照條件不充分的礦井巷道環境，提高了路徑規劃的準確性。

技術領域

本發明屬于煤礦井下錨護施工技術領域，具體是一種基于激光掃描儀的錨護機械臂避障系統及方法。

背景技術

隨著工業化和科技水平的提高，礦井井下自動化生產成為一種趨勢。目前錨桿支護依靠人工操作錨護設備避開障礙循環作業。環境建模是現有路徑避障技術的基礎，有采用數學表達式對環境建模，也有采用機器視覺依靠工業相機的方式對外界空間進行建模。基于以上環境建模的避障路徑規劃方法存在以下不足：

(1)對外界環境建立表達式的方法，規劃效果極其依賴建立的表達式，在巷道環境中，由于地形和障礙物表達式不容易建立，而且隨著開采和掘進的深入，外界環境不斷發生變化，所以這種方式并不適用；

(2)采用機器視覺使用工業相機的方法，但這種方法的成像效果決定了避障效果。在礦井下，光照條件十分惡劣，成像效果受到嚴重影響，因此避障效果不佳。

基于以上原因，需要對現有技術的中錨護機械臂避障技術進行改進，提高自動避障效果。

發明內容

本發明克服現有技術存在的不足，所要解決的技術問題為：提供一種基于激光掃描儀的錨護機械臂避障系統及方法，以實現自動錨護機器人的自動作業。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：一種基于激光掃描儀的錨護機械臂避障方法，包括以下步驟：

S1、將錨護機器人移動到支護作業位置，通過激光掃描儀分別采集巷道頂板和左右側板云點信息；

S2、對巷道頂板和左右側板的云點分別進行平面擬合，分別找到巷道頂板和左右側板的障礙物云點集；

S3、建立錨護機器人機械臂關系坐標系，將巷道頂板和左右側板的障礙物云點集內的障礙物云點進行坐標轉化，轉化到錨護機器人坐標系；

S4、利用RRT算法計算機械臂末端的工作路徑；

S5、根據工作路徑，控制鉆臂完成錨護作業。

所述步驟S1還包括以下步驟：

激光掃描儀Ⅰ固定在錨護機器人機械臂上，用來采集巷道頂板云點信息，激光掃描儀Ⅱ固定在錨護機器人頂端，用來采集巷道左邊側幫的云點信息，激光掃描儀Ⅲ(7)固定在錨護機器人后端蓋上，用來采集巷道右邊側幫云點信息。

所述步驟S2具體包括以下步驟：

S201、分別將激光掃描儀Ⅰ，激光掃描儀Ⅱ和激光掃描儀Ⅲ采集到的云點信息P₁、P₂和P₃由最小二乘擬合成頂板平面和左右側板平面，擬合計算公式為：