[发明专利]一种应用于煤栅内的自动推煤机定位系统及其定位方法

权利要求书

1.一种应用于煤栅内的自动推煤机定位系统，其特征在于，包括煤栅(10)、煤堆(40)、轨道(20)、定位机器人(30)、推煤机(50)、基站(60)，所述煤堆(40)放置于煤栅(10)的底部，所述轨道(20)安装在煤栅(10)上，所述定位机器人(30)在轨道(20)上运动，所述定位机器人(30)设有激光雷达(31)、电池(33)、定位机器人控制系统(34)、网络通信模块B(35)、球形摄像机(36)、充电系统(37)，所述推煤机(50)包括推煤机主体(51)、车载控制系统(52)、网络通信模块A(53)、惯性导航系统(54)，所述车载控制系统(52)、网络通信模块A(53)、惯性导航系统(54)安装在推煤机主体(51)上，所述激光雷达(31)、球形摄像机(36)、网络通信模块B(35)都与定位机器人控制系统(34)电性连接，所述激光雷达(31)、定位机器人控制系统(34)、网络通信模块B(35)、球形摄像机(36)都与电池(33)电性连接，所述充电系统(37)与电池(33)电性连接，所述网络通信模块A(53)、网络通信模块B(35)都与基站(60)无线连接，所述网络通信模块A(53)与网络通信模块B(35)无线连接，所述网络通信模块A(53)通过车载控制系统(52)连接惯性导航系统(54)。

2.根据权利要求1所述一种应用于煤栅内的自动推煤机定位系统，其特征在于，所述轨道(20)位于煤堆(40)的上方。

3.根据权利要求1所述一种应用于煤栅内的自动推煤机定位系统，其特征在于，所述激光雷达(31)、球形摄像机(36)位于定位机器人(30)的底端。

4.根据权利要求1所述一种应用于煤栅内的自动推煤机定位系统，其特征在于，所述惯性导航系统(54)用于获取推煤机的姿态角度。

5.根据权利要求4所述一种应用于煤栅内的自动推煤机定位系统，其特征在于，所述姿态角度包括俯仰角、倾斜角和偏航角。

6.根据权利要求4所述一种应用于煤栅内的自动推煤机定位系统，其特征在于，所述惯性导航系统(54)包括陀螺仪、加速度计及电子罗盘。

7.根据权利要求1所述一种应用于煤栅内的自动推煤机定位系统，其特征在于，所述车载控制系统(52)包括ARM和GPU。

8.根据权利要求1所述一种应用于煤栅内的自动推煤机定位系统，其特征在于，所述球形摄像机(36)用于对推煤机(50)进行图像监控。

9.一种基于权利要求1所述应用于煤栅内的自动推煤机定位系统的定位方法，其特征在于，包括如下具体步骤：

步骤一：所述定位机器人(30)移动到推煤机(50)需要作业的区域；

步骤二：所述激光雷达(31)对推煤机(50)进行旋转扫描，从而获取推煤机(50)周围环境空间坐标的点云数据；

步骤三：所述车载控制系统(52)从激光雷达(31)获取点云数据，并基于点云数据重构实时三维地貌渲染图；

步骤四：所述惯性导航系统(54)获取推煤机(50)的姿态信息，所述姿态信息包括俯仰角、滚转角和偏航角；

步骤五：所述车载控制系统(52)从所述惯性导航系统(54)获取姿态信息，然后利用卡尔曼滤波法进行数据融合，得到姿态数据；

步骤六：所述车载控制系统(52)根据实时三维地貌和姿态数据描述推煤机的位置姿态；

步骤七：所述车载控制系统(52)在实时三维地貌渲染图中表示出障碍物，并且对障碍物进行彩色渲染，所述障碍物的颜色与实时三维地貌渲染图的颜色不同；

步骤八：所述车载控制系统(52)通过目标跟踪算法对障碍物进行跟踪，得到障碍物的实时位置和形状信息，并且预测障碍物的运动轨迹；

步骤九：所述车载控制系统(52)根据推煤机(50)的位置姿态与障碍物的形状信息和实时位置控制推煤机(50)避开障碍物。

10.根据权利要求9所述一种应用于煤栅内的自动推煤机定位系统的定位方法，其特征在于，所述车载控制系统基于点云数据重构实时三维地貌渲染图包括以下步骤：

步骤a：所述车载控制系统(52)对点云数据进行滤波、分割、匹配和拼接，得到修整点数据；

步骤b：所述车载控制系统(52)利用OPENGL技术将修正点数据展宽成面；

步骤c：所述车载控制系统(52)利用颜色插值方法进行彩色渲染，得到彩色的实时三维地貌渲染图，所述三维地貌渲染显示在水平方向360°和垂直方向上测量视角范围内所有物体的位置信息和形状信息。