悬臂式掘进机机身及截割头位姿视觉测量系统研究

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40 mm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。