基于單激光束信息的掘錨裝備視覺定位方法研究

張旭輝 ，陳 鑫 ，楊文娟 ，雷孟宇 ，田琛輝 ，楊駿豪

（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）

0 引 言

在傳統(tǒng)的巷道成型工藝中，施工人員根據(jù)懸掛在巷道后方頂板上經(jīng)過方向標(biāo)定的激光指向儀向巷道斷面投射的激光光斑作為基準(zhǔn)，進(jìn)行斷面測(cè)量、巷道成型及巷道錨護(hù)工作，以保證巷道的施工結(jié)果與設(shè)計(jì)一致。因此，掘錨機(jī)司機(jī)需要在施工過程中多次停機(jī)測(cè)量，嚴(yán)重拖慢了巷道掘錨效率，并且巷道成型過程中產(chǎn)生的粉塵、噪聲和存在的極大安全隱患也對(duì)掘錨裝備的智能化提出了迫切的要求[1–2]。

然而，掘錨裝備的精確定位是實(shí)現(xiàn)智能化的前提，因此研究者們嘗試了各種可能的定位方案，并取得了一定的成果。目前，煤礦井下掘錨裝備的定位方案大致可以分為基于全站儀的定位方案、基于慣性導(dǎo)航的定位方案、基于iGPS 的定位方案、基于超寬帶技術(shù)的定位方案和基于機(jī)器視覺的定位方案。其中，全站儀可以實(shí)現(xiàn)高精度的位置測(cè)量，但其不能同時(shí)測(cè)量多個(gè)目標(biāo)，因此全站儀難以實(shí)現(xiàn)掘錨機(jī)的姿態(tài)測(cè)量[3–4]。另外，煤礦井下復(fù)雜的光線環(huán)境也增加了全站儀對(duì)棱鏡的自動(dòng)識(shí)別難度。慣性導(dǎo)航可實(shí)現(xiàn)較高精度的實(shí)時(shí)姿態(tài)檢測(cè)，但其長(zhǎng)時(shí)定位精度難以保證，因此單獨(dú)使用時(shí)無法滿足井下掘錨長(zhǎng)時(shí)短距的定位導(dǎo)航要求[5–6]。iGPS 技術(shù)具有較高的定位精度，適用于沒有GPS 信號(hào)的室內(nèi)環(huán)境。但目前的iGPS 技術(shù)難以適應(yīng)煤礦井下高粉塵的惡劣工況環(huán)境[7–8]。……