[发明专利]矿用悬臂式掘进机可视化辅助导引方法和系统

摘要

本发明公开了矿用悬臂式掘进机可视化辅助导引方法和系统，首先采集掘进机运行状态信息以及掘进机悬臂上的标靶图像；通过视觉测量的方法确定掘进机截割头相对于机体的位姿；计算掘进机机身相对于巷道的位姿；融合惯性导航与视觉测量技术进行组合定位，得到截割头相对于巷道断面的位姿；将掘进机导引轨迹在上位机上进行图形化界面显示；将截割头在上位机上图形化界面显示，并根据确定的导引轨迹进行截割头移动过程中的轨迹导引。通过本发明的方法和系统利用视觉测量方法及捷联惯导测量出截割头的实时位姿，可将截割头的实时位姿与规划轨迹进行比较，进行可视化的截割导引，掘进机司机可以通过界面显示以及构建的截割路线的提示，完成可视化的截割轨迹引导，保证截割质量的要求。

主权项

1.矿用悬臂式掘进机可视化辅助导引方法，该方法中的掘进机悬臂上设置有标靶，标靶的边上设置有多个光源点，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1：采集掘进机运行状态信息以及掘进机悬臂上的标靶图像，所述的掘进机运行状态信息包括掘进机机身的横滚角、俯仰角、偏航角、掘进机机体在巷道中的位置以及掘进机机身与两侧煤壁的距离、掘进机机身距离前煤壁的距离；步骤2：通过视觉测量的方法确定掘进机截割头相对于机体的位姿；步骤2.1：提取步骤1采集的标靶图像中的光斑，对光斑进行排序、直线拟合，将每两条直线的交点作为特征点；步骤2.2：利用四点透视成像方法确定所有特征点在摄像机坐标系中的坐标；步骤2.3：利用对偶四元数的误差模型，根据特征点在标靶坐标系中的坐标以及步骤2.2得到的特征点在摄像机坐标系中的坐标，计算截割头的水平摆角θ1和截割头垂直摆角θ2；步骤2.4：根据步骤2.3确定的θ1和θ2，通过式(1)计算截割头相对于掘进机机体的位姿其中，θ1为截割头水平摆角，θ2为截割头垂直摆角，d为油缸的伸缩距离，b1为掘进机抬升关节与伸缩关节之间的高度差；a1为掘进机回转台中心与抬升关节之间水平距离，a2为掘进机抬升关节与伸缩关节之间的距离，a3为掘进机伸缩关节与截割头之间的水平距离；步骤3：根据步骤1获得的掘进机运行状态信息，通过式(2)得到掘进机相对于巷道的位姿式中，γ为掘进机机身的横滚角，β为掘进机机身的俯仰角，α为掘进机机身的偏航角，D1为机身到侧方煤壁的距离，L为掘进机到前煤壁的距离；D3为掘进机机身宽度，b2为抬升关节与地面之间的距离；步骤4：根据步骤2得到的截割头相对于机体位姿数据和步骤3得到的掘进机机身相对于巷道断面的位姿数据，通过式(3)可得到截割头相对于巷道断面的位姿步骤5：根据掘进机工作面巷道断面类型、截割头直径、巷道尺寸、走向以及截割工艺确定掘进机截割头的导引轨迹，并将导引轨迹在上位机上进行图形化界面显示；步骤6：将步骤4得到截割头相对于巷道断面的位姿数据与上位机进行数据交互，将截割头在上位机上图形化界面显示，并根据步骤5确定的导引轨迹进行截割头移动过程中的轨迹导引。