基于双目视觉的悬臂式掘进机位姿测量技术研究

TD421; 煤矿井下巷道掘进过程中,高粉尘、低照度、背景复杂的工况环境导致掘进装备位姿检测困难,已经严重影响了巷道掘进的自动化、智能化进程,因此提出基于双目立体视觉的悬臂式掘进机位姿测量方法.悬臂式掘进机是当前巷道掘进主要装备,其运动特点呈现出移动缓慢、摆动大等特点,分析了当前掘进机位姿检测研究现状,构建了悬臂式掘进机双目视觉位姿测量方案与测量结构.说明了双目立体视觉基本测量原理,相比于单目视觉,双目立体世界可以比较容易地计算出特征深度信息.煤矿井下低照度、高粉尘、高水雾的复杂工况下存在着严重的特征信息缺失,红外LED光源具有稳定性和穿透性,可以较好地适应复杂的掘进工况环境,因此将红外LED...

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Published in煤炭科学技术 Vol. 49; no. 11; pp. 225 - 235
Main Authors 张超, 张旭辉, 杜昱阳, 杨文娟, 张楷鑫
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 陕西省煤矿机电设备智能检测与控制科技创新团队,陕西 西安 710054 22.11.2021
西安科技大学 机械工程学院,陕西 西安 710054%西安科技大学 机械工程学院,陕西 西安 710054
陕西省矿山机电装备智能监测重点实验室,陕西 西安 710054
Subjects
双目视觉;悬臂式掘进机;位姿测量;高斯拟合法;区域生长算法
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ISSN0253-2336
DOI10.13199/j.cnki.cst.2021.11.029

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Summary:TD421; 煤矿井下巷道掘进过程中,高粉尘、低照度、背景复杂的工况环境导致掘进装备位姿检测困难,已经严重影响了巷道掘进的自动化、智能化进程,因此提出基于双目立体视觉的悬臂式掘进机位姿测量方法.悬臂式掘进机是当前巷道掘进主要装备,其运动特点呈现出移动缓慢、摆动大等特点,分析了当前掘进机位姿检测研究现状,构建了悬臂式掘进机双目视觉位姿测量方案与测量结构.说明了双目立体视觉基本测量原理,相比于单目视觉,双目立体世界可以比较容易地计算出特征深度信息.煤矿井下低照度、高粉尘、高水雾的复杂工况下存在着严重的特征信息缺失,红外LED光源具有稳定性和穿透性,可以较好地适应复杂的掘进工况环境,因此将红外LED光源组成图像测量标靶人为构造图像特征来解决特征选取问题.采用高斯拟合法实现光斑中心点特征的快速精确提取,并在此基础上提出了基于时域图像序列的特征点环形匹配方法并验证了其有效性,最后采用3D-3D运动估计方法实现了位姿参数求解.针对双目视觉测量距离有限的情况,设计了双标靶交替移动测量策略,实现连续不间断测量.最后搭建试验验证平台,结果表明:该测量方法在X方向即横向位移的测量误差在±30 mm,航向角的测量误差在±1°以内,满足煤矿井下巷道掘进的要求.
ISSN:0253-2336
DOI:10.13199/j.cnki.cst.2021.11.029