基于雙目視覺(jué)的懸臂式掘進(jìn)機(jī)位姿測(cè)量技術(shù)研究

張 超，張旭輝,2,3，杜昱陽(yáng),2,3，楊文娟，張楷鑫

(1.西安科技大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，陜西 西安 710054；2.陜西省礦山機(jī)電裝備智能監(jiān)測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710054;3.陜西省煤礦機(jī)電設(shè)備智能檢測(cè)與控制科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，陜西 西安 710054)

0 引 言

隨著煤礦綜采工作面智能化推進(jìn)，煤炭開(kāi)采效率大幅提升，然而由于其復(fù)雜的工況環(huán)境和繁瑣的工序?qū)е孪锏谰蜻M(jìn)自動(dòng)化進(jìn)展緩慢[1]。當(dāng)前采掘工作隊(duì)配比為1∶3.1，且掘進(jìn)過(guò)程以人工操作為主，不能保證巷道成型質(zhì)量。推動(dòng)掘進(jìn)的自動(dòng)化、智能化和無(wú)人化研究是提高掘進(jìn)速度，保證掘進(jìn)安全的有效途徑，掘進(jìn)裝備的位姿自主測(cè)量是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化的前提。

當(dāng)前巷道掘進(jìn)作業(yè)中以地測(cè)部門(mén)按照巷道設(shè)計(jì)走向固定在掘進(jìn)機(jī)后方巷道一定位置的點(diǎn)激光指向儀為掘進(jìn)基準(zhǔn)，根據(jù)前方煤壁上的激光光斑作掘進(jìn)方向指示。這種指向方式要求掘進(jìn)機(jī)司機(jī)經(jīng)驗(yàn)豐富，但仍然會(huì)出現(xiàn)超挖欠挖，巷道成形不佳。這種落后的指向方式迫切地需要改變，為此許多專(zhuān)家學(xué)者做了大量的研究工作。文獻(xiàn)[2]提出了基于全站儀的掘進(jìn)機(jī)位姿測(cè)量方法，并在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試了有效性，但是難以實(shí)現(xiàn)自主測(cè)量。慣性導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用在煤礦領(lǐng)域[3-4]，該方法可直接獲得位姿信息，抗干擾強(qiáng)，但嚴(yán)重的累積誤差導(dǎo)致需要其他信息定時(shí)修正。杜雨馨等[5]以十字激光器為特征源，利用視覺(jué)測(cè)量技術(shù)實(shí)時(shí)獲取部分位姿信息，無(wú)法得到巷道軸線距離。文獻(xiàn)[6]將雙目相機(jī)與激光指向儀剛性連接拍攝機(jī)身上的特征達(dá)到求解位姿的目的，雙目測(cè)量距離一般很近，導(dǎo)致距離較遠(yuǎn)時(shí)測(cè)量失效。……