懸臂式掘進機位姿視覺檢測系統改進

張旭輝， 王恒， 沈奇峰， 楊文娟， 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）

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《中國工程科技2035發展戰略 ? 能源與礦業領域報告》中指出，煤礦設備精確定位是煤炭智能化開采亟需解決的問題之一[1-3]。掘進裝備的精確定位、定向導航是實現巷道掘進智能化的關鍵[4]，懸臂式掘進機屬于非全斷面掘進設備，其定位、定向和定形截割難度大。掘進機位姿測量技術是保證巷道成形質量的基礎和關鍵，也是近年來行業攻關的熱點。文獻[5]提出基于雙目視覺的懸臂式掘進機位姿測量技術，采用3D?3D運動估計方法求解位姿參數，但由于雙目視覺方法測量的距離有限，需要頻繁移動標靶，很難應用于環境復雜的掘進工作面。文獻[6]提出基于激光靶向掃描的掘進機位姿測量方法，但該方法會產生姿態角累計誤差，掘進機每前進50 m需進行1次激光標靶移站和重新標定。文獻[7]提出一種基于室內全球定位系統（indoor Global Positioning System，iGPS）的掘進機位姿檢測系統，在測量距離較短時具有較高精度，但在實際應用中測量距離通常大于17 m，此時系統精度無法保證。文獻[8]提出一種基于超寬帶（Ultra Wide Band，UWB）的掘進機位姿檢測系統，該系統可進行自主標定，消除UWB定位基站移動造成的累計誤差，但姿態角解算精度不高，且需要搭配傾角傳感器輔助測量。文獻[9]提出一種基于慣導的掘進機位姿檢測系統，該系統三軸姿態角測量精度高，但難以建立掘進機坐標系與巷道基準坐標系的聯系，受航位推算原理限制，三軸坐標測量誤差隨著時間推移而增大。……