[发明专利]一种掘进机绝对空间位姿检测装置与方法

权利要求书

1.一种掘进机绝对空间位姿检测装置，其特征在于：包括激光发射模块(7)、图像获取模块(6)、捷联惯导模块(2)和数据处理与控制模块(3)，激光发射模块(7)固定于坐标已知的悬臂式掘进机主体(1)的后方巷道中间位置，图像获取模块(6)、捷联惯导模块(2)和数据处理与控制模块(3)固定在悬臂式掘进机主体(1)上；激光发射模块(7)用于产生激光图像，图像获取模块(6)用于获取激光图像，捷联惯导模块(2)用于提供导航信息，数据处理与控制模块(3)根据激光图像与导航信息解算出悬臂式掘进机六自由度的位姿状态；

所述数据处理与控制模块(3)包括嵌入式微处理器和PLC控制器，嵌入式微处理器和PLC控制器分别集成安装在隔爆箱内，通过隔振器(4)固定在悬臂式掘进机主体(1)上；所述捷联惯导模块(2)安装在隔爆箱内，通过隔振器(4)固定在悬臂式掘进机主体(1)上；所述嵌入式微处理器对导航信息进行实时解算，得到悬臂式掘进机的六自由度位姿参数，同时对激光图像进行包括图像处理、特征提取、坐标运算、位姿求解在内的运算，得到悬臂式掘进机前进方向位置之外的五自由度位姿状态；

所述激光发射模块(7)包括激光发射器安装架(7-3)、点激光发射器(7-1)和扇面激光发射器(7-2)，点激光发射器(7-1)和扇面激光发射器(7-2)均为本安隔爆型激光发射器，点激光发射器(7-1)和扇面激光发射器(7-2)通过激光发射器安装架(7-3)固定于坐标已知的悬臂式掘进机主体(1)的后方巷道中间位置；所述扇面激光发射器(7-2)布置在巷道横截面的中部位置，扇面激光发射器(7-2)发射出的激光平行于巷道地面；点激光发射器(7-1)的数量为三个，分布在扇面激光发射器(7-2)的两侧，其中一侧安装两个，另一侧安装一个，位于同一侧的两个点激光发射器(7-1)的连线垂直于扇面激光发射器(7-2)，位于同一侧的两个点激光发射器(7-1)中的一个与另一侧的一个点激光发射器(7-1)的高度相同，三个点激光发射器(7-1)发射出的激光均平行于巷道中轴线；

所述图像获取模块(6)安装在的数量为两个，分别安装在两个图像获取模块安装架(5)上，通过隔振器(4)前后交错、高度相同地固定在悬臂式掘进机主体(1)的两侧；所述图像获取模块(6)包括防尘箱(6-1)、半透明板(6-2)、摄像机(6-3)和LED灯(6-4)，摄像机(6-3)为本安隔爆型摄像机，LED灯(6-4)为隔爆型LED灯，半透明板(6-2)作为防尘箱(6-1)朝向后方的一个侧板，该侧板垂直于巷道中轴线；在半透明板(6-2)内侧四个角点的固定位置处标记或加工参考点(6-2-1)，通过参考点(6-2-1)为激光成像位置提供参考；摄像机(6-3)安装在防尘箱(6-1)内部，摄像机(6-3)的镜头轴线与半透明板(6-2)的中心轴线重合，确保摄像机(6-3)能够拍摄到所有参考点(6-2-1)，LED灯(6-4)沿摄像机(6-3)的镜头轴线周向均匀布置。

2.根据权利要求1所述的掘进机绝对空间位姿检测装置，其特征在于：所述激光发射模块(7)发射出的激光为红光，所述图像获取模块(6)中半透明板(6-2)为绿色亚克力板。

3.一种基于权利要求1或2所述的掘进机绝对空间位姿检测装置的检测方法，其特征在于：是一种由捷联惯导位姿检测方法和视觉位姿检测方法复合而成的方法，具体为：使用捷联惯导位姿检测方法实时获取悬臂式掘进机主体的位姿信息，每间隔t时长使用视觉位姿检测方法获取一次悬臂式掘进机主体的位姿信息，然后使用最优估计方法对两种位姿检测方法得到的位姿信息进行异步融合，得到精准的位姿信息，同时更新捷联惯导位姿检测方法的初值；当视觉位姿检测方法获取的激光图像清晰度低于设定阈值时，调整激光图像发生源的位置。

4.根据权利要求3所述的检测方法，其特征在于：所述最优估计方法为卡尔曼滤波方法。