懸臂式掘進機井下精確定位方法及其視覺測量技術

趙建勛,楊文娟,2,張旭輝,2,杜昱陽,2,張 超

(1.西安科技大學 機械工程學院，陜西 西安 710054；2.陜西省礦山機電裝備智能監測重點實驗室，陜西 西安 710054)

0 引 言

隨著我國綜合機械化采煤的迅速發展，安全高效的自動化、智能化巷道掘進技術成為當前研究熱點[1]。掘進機是綜掘工作面的主要設備，掘進機的位姿測量是巷道掘進智能化的關鍵[2]。目前常用的位姿測量技術包括機器慣性導航定位技術、全站儀定位方法以及視覺定位技術等[3]。慣性導航定位技術受環境因素影響小，具有良好自主檢測性，但其使用過程中存在累計誤差使得定位困難[4-5]。全站儀可準確快速計算出測量目標空間位置信息，但在煤礦井下應用時，由于粉塵以及巷道空間產生的遮擋都會對定位結果產生影響[6]。機器視覺測量技術的測量信息直觀、可靠性高，常以紅外光及可見光為特征[7]，根據特征基準位置與巷道坐標系之間的關系來獲取掘進機機身的空間位姿，由于該方法使用受井下粉塵、水霧等環境干擾導致特征提取精度下降，使得測量結果不穩定[8-9]。因此，選取有效特征基準，在雜光、粉塵和水霧等復雜背景下準確提取特征信息是利用視覺測量技術精確測量掘進機機身位姿的關鍵。

文獻[10-11]提出了一種基于激光束特征的懸臂式掘進機機身測量系統，該方法以激光束特征構建懸臂式掘進機位姿測量系統，充分利用激光指向儀方向性好、顏色單純以及亮度高等優點。如何實現煤礦井下高粉塵、低照度環境中的激光特征提取是解算設備精確位姿的關鍵。……