悬臂式掘进机井下精确定位方法及其视觉测量技术

摘要

为解决煤矿井下低照度、高粉尘环境中悬臂式掘进机机身位姿测量问题,提出一种以激光点和激光束为特征的悬臂式掘进机机身位姿视觉测量技术.利用单目视觉测量原理,采用基于门形三线的视觉测量模型,根据激光特性对利用防爆工业相机采集的巷道图像进行处理,通过Hough变换与最小二乘法结合,获取得到2个激光指向仪的光斑和光束的点、线特征,通过空间矩阵变换计算出悬臂式掘进机机身的空间位姿.研究发现Hough变换与最小二乘法结合有效保证了杂光、粉尘和水雾等复杂背景下孤立点的消除,提高了激光点和激光线的检测精度.为验证所提出方法的有效性,分别在实验室悬臂式掘进机测试平台和煤矿井下工业现场进行位姿测量试验,实验室结果表明,结合Hough变换与最小二乘法进行特征提取得到机身位置误差在20 mm以内,姿态误差在0.3°以内,误差满足精度要求且小于使用传统Hough变换进行特征提取得到的位姿;煤矿井下工业试验表明,机身测量误差在40 mm以内,满足巷道掘进精度要求.