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题名悬臂式掘进机机身及截割头位姿视觉测量系统研究
被引量：47
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作者
杨文娟
张旭辉
马宏伟
刘志明
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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
西安煤矿机械有限公司
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出处
《煤炭科学技术》
CAS
CSCD
北大核心
2019年第6期50-57,共8页
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基金
国家绿色制造系统集成资助项目(工信部节函[2017]327号)
陕西省重点研发计划资助项目(2018ZDCXL-GY-06-04)
陕西省创新能力支撑计划资助项目(2018TD-032)
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文摘
针对煤矿井下悬臂式掘进机机身及截割头位姿测量难题,提出一种基于激光束和红外光斑特征的悬臂式掘进机机身及截割头位姿视觉测量系统。在掘进工作面的巷道顶部安装3个激光指向仪,通过固定安装在掘进机机身上的防爆相机对激光束图像进行采集,利用改进的随机Hough变换对激光束进行直线检测,通过建立的基于两点三线的掘进机位姿解算模型得到掘进机机身在巷道坐标下的位姿。同时,通过防爆相机对截割部所安装的红外标靶图像进行采集,利用高斯曲面拟合算法对光斑进行中心定位,通过建立的基于对偶四元数的掘进机截割头位姿解算模型得到截割头在机身坐标系下的位姿,结合得到的机身坐标系与巷道坐标系间的转换关系,得到巷道坐标系下的截割头中心点位姿。最终,在实验室搭建了掘进机机身及截割头位姿视觉测量平台,并在该平台上模拟掘进机的实际工况位姿,结果表明,该方法测得的掘进机截割头中心点在巷道坐标系下的姿态测量误差在0.5°范围以内,位置测量误差在40mm以内,可以满足掘进机机身及截割头位姿自动、准确、实时测量的要求。
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关键词
悬臂式掘进机
截割头位姿
视觉测量
随机HOUGH变换
高斯曲面拟合
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Keywords
boom-type roadheader
cutting head position and posture
vision measurement
random Hough transform
gaussian surface fitting
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分类号
TD421
[矿业工程—矿山机电]
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题名悬臂式掘进机截割头位姿视觉测量系统改进
被引量：7
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作者
张旭辉
谢楠
张超
杨文娟
张楷鑫
周创
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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
《工矿自动化》
北大核心
2021年第7期1-7,共7页
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基金
国家自然科学基金资助项目(51974228,51834006)
陕西省创新能力支撑计划项目(2018TD-032)
陕西省重点研发计划项目(2018ZDCXL-GY-06-04)。
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文摘
基于红外LED特征的悬臂式掘进机截割头位姿视觉测量系统中,外参标定稳定性和红外LED光斑中心提取精确性对截割头位姿检测精度具有重要影响。现有外参标定方法需依靠经验将截割臂摆至正中位置(未知),标定结果存在较大波动。针对该问题,提出了一种基于多点固定的外参标定方法,该方法控制掘进机截割臂分别摆动到左上角、右上角、左下角、右下角4个已知极限位置并采集标靶图像,计算外参矩阵值,可有效提高外参标定稳定性。现有的灰度质心法采用像素的灰度值作为权重来计算光斑质心,精度只能到像素级,仅粗略满足实际应用需求。针对该问题,提出采用亚像素级边缘检测算法改进光斑中心提取方法:首先采用灰度质心法进行光斑中心粗提取,然后采用亚像素级边缘检测算法求出亚像素级边缘坐标,最后使用最小二乘法拟合光斑中心,实现光斑中心精确提取。实验结果表明:改进光斑中心提取方法将标靶LED灯间距最大测量误差从3.2 mm缩小为1 mm,提高了检测精度;基于多点固定的外参标定方法所获得的外参数矩阵比较稳定,平移矩阵中位移的最大变化幅度为15 mm,旋转矩阵中角度的最大变化幅度为1°;视觉测量系统改进前对截割头摆角的测量误差范围为[-1.2°,1.7°],改进后截割头水平摆角误差范围为[-0.5°,0.5°],垂直摆角误差范围为[-0.6°,0.6°],说明改进方法有效提高了截割头摆角的检测精度。
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关键词
悬臂式掘进机
截割头位姿检测
防爆工业相机
视觉测量
外参标定
光斑中心提取
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Keywords
cantilever roadheader
cutting head position detection
explosion-proof industrial camera
vision measurement
external parameter calibration
spot center extraction
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分类号
TD632
[矿业工程—矿山机电]
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