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题名悬臂式掘进机视觉导航与定向掘进控制技术
被引量：27
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作者
张旭辉
赵建勋
杨文娟
张超
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机构
西安科技大学机械工程学院
陕西省矿山机电装备智能监测重点实验室
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出处
《煤炭学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2021年第7期2186-2196,共11页
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基金
国家自然科学基金资助项目(51974228)
国家绿色制造系统集成资助项目(工信部节函[2017]327号)
陕西省创新能力支撑计划资助项目(2018TD-032)。
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文摘
煤矿巷道掘进装备位姿测量是国内外目前研究的热点,不同的巷道快速掘进系统均面临定向导航难题。为解决煤矿井下悬臂式掘进机自动定向掘进控制难题,提出一种基于视觉导航的悬臂式掘进机自动定向掘进控制方法,利用单目视觉测量技术,以巷道中激光指向仪的激光点和激光束为特征构建基于门形结构的掘进机机身位姿视觉测量模型,通过空间矩阵变换解算巷道中机身位姿。根据悬臂式掘进机运动特点确定掘进机纠偏控制策略,基于悬臂式掘进机运动学建立掘进机定向掘进运动控制模型,采用backstepping方法,选取合适的Lyapunov函数设计掘进机轨迹跟踪控制器,有效解决掘进机轨迹跟踪控制问题。实验结果表明:悬臂式掘进机机身位姿视觉测量方法可有效实现井下工作环境中悬臂式掘进机机身的位姿测量,得到掘进机机身位置测量误差在±40 mm以内,姿态角角度测量误差在±0.3°以内;轨迹跟踪控制器可实现悬臂式掘进机的自动定向掘进功能,其运动控制精度在±20 mm以内,满足巷道施工的精度要求。该方法中工业相机固定安装于掘进装备机身,且利用激光指向仪点-线特征构建门型三线模型作为位姿测量基准,与相关研究对比,具有不易脱靶、标靶移动少等优点。
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关键词
视觉导航
定向掘进控制
悬臂式掘进机
激光点-线特征
轨迹跟踪
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Keywords
vision-based navigation
directional heading control
boom-type roadheader
laser point-line feature
trajectory tracking control
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分类号
TD421.5
[矿业工程—矿山机电]
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