矿井悬臂式掘进机位姿感知及定位方法研究

发布时间：2023-10-30 17:20

　　煤矿环境恶劣、安全事故多发,综采工作面智能化、无人化开采是技术发展的必然趋势,对于提高煤炭生产效率、降低工作强度、保障人员生命安全具有重要意义。巷道掘进作为煤矿开采的重要环节,是实现矿井建设、采区通风、煤炭开采与运输的基础。其中,完成掘进机的自动控制是解决巷道自动化综掘施工的重要途径。悬臂式掘进机工作过程中,行走机构带动履带推进机身前移,截割机构通过液压缸改变截割头位置,最终在两者的协同工作下完成截割头的钻进作业。因此,为使机器按要求实现巷道断面的自动切割,首先需要解决掘进机机身空间位姿的感知以及截割头的定位问题。在国家863项目“薄煤层半煤岩掘进机关键技术研究”(2013BAK06B04)的支持下,本论文针对上述问题进行了研究。首先,将机器视觉技术应用到掘进机机身位姿的检测中,以确定截割头在巷道中的坐标基点;随后,针对截割头定位,设计了基于轮廓识别的双目定位系统,完成了截割头相对机身的三维坐标获取;最终,结合已经获取到的机身位姿信息,实现了巷道坐标系下悬臂式掘进机机身位姿与截割头位置的自动实时监测。具体研究工作与成果如下:(1)通过对比分析现有方法,确定了基于机器视觉的悬臂式掘进机空...

【文章页数】：156 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
致谢
摘要
abstract
变量注释表
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 研究现状
    1.3 主要研究内容
    1.4 论文组织结构
2 掘进机位姿感知及定位方法分析与总体方案设计
    2.1 悬臂式掘进机基本结构
    2.2 掘进机空间定位坐标系统
    2.3 掘进机机身位姿数学模型与测量方法对比分析
    2.4 掘进机截割机构简化模型与定位方法对比分析
    2.5 悬臂式掘进机空间位姿感知及定位系统总体方案设计
    2.6 位姿感知及定位参数考核指标
    2.7 本章小结
3 基于双十字激光的掘进机机身位姿感知
    3.1 引言
    3.2 基于双十字激光的机身位姿测量方案
    3.3 位姿感知系统设备选型与安装
    3.4 基于Retinex与小波多尺度积的低照度图像边缘检测算法
    3.5 激光标靶特征点识别与坐标解算
    3.6 悬臂式掘进机机身位姿解算
    3.7 悬臂式掘进机机身位姿检测实验与误差来源分析
    3.8 本章小结
4 基于双目视觉的截割头定位系统建立与标定
    4.1 引言
    4.2 基于双目立体视觉的截割头定位系统建立
    4.3 双目视觉系统基本原理
    4.4 截割头定位系统单目摄像机内参数标定
    4.5 截割头双目定位系统结构参数标定
    4.6 单目摄像机标定实验
    4.7 双目立体系统标定实验
    4.8 本章小结
5 基于轮廓特征的悬臂式掘进机截割头目标匹配
    5.1 引言
    5.2 图像匹配算法
    5.3 基于轮廓特征的目标匹配算法
    5.4 悬臂式掘进机截割头轮廓匹配方法
    5.5 掘进机截割头轮廓特征表示
    5.6 改进MVM轮廓匹配算法
    5.7 基于SIATL轮廓描述子与改进 MVM 算法的轮廓匹配实验
    5.8 本章小结
6 基于视觉匹配和位姿检测的截割头定位
    6.1 引言
    6.2 悬臂式掘进机截割头定位方法
    6.3 左摄像机坐标系下截割头三维定位实验
    6.4 基于双目系统的目标点三维信息解算精度分析
    6.5 巷道坐标系下截割头定位实验
    6.6 本章小结
7 结论与展望
    7.1 结论
    7.2 创新点
    7.3 展望
参考文献
作者简历
学位论文数据集



本文编号：3858862