基于红外热成像的掘支锚机器人联合机组相对位姿检测方法研究
苏国用1
帅洪锌2
郭永存1
胡坤1
赵东洋2
庞子金2
1.安徽理工大学煤炭无人化开采数智技术全国重点实验室,安徽 淮南 232001;安徽理工大学矿山智能技术与装备省部共建协同创新中心,安徽 淮南 232001;安徽理工大学机电工程学院,安徽 淮南 2320012.安徽理工大学机电工程学院,安徽 淮南 232001
摘要：针对煤矿掘进工作面高尘雾、低照度复杂环境下,掘支锚机器人联合机组相对位姿感知存在的定位参照差、标定工序复杂、检测参数不完全等难题,提出了一种基于红外热成像的掘支锚机器人联合机组相对位姿检测方法.首先,基于自主研发的掘支锚机器人联合机组,构建由红外热成像相机、热源标靶、迈步式锚支护装备等组成的相对位姿测量系统;通过红外热成像相机捕捉安装在掘支锚机器人联合机组上的热源标靶信号源,并对其输出的热成像图像进行畸变校正与图像增强处理;其次,采用UNet分割算法对热源标靶信号源进行区域分割,再利用图像二值化与形态学处理对分割后的信号源区域进行特征细化,并结合OpenCV库函数提取信号源中心点的像素坐标;再者,采用P4P方法求解 4组信号源中心点的空间三维坐标,并通过坐标系转换解算掘支锚机器人联合机组的相对位姿参数;然后,以Realsense D435i深度相机结合奇异值分解算法测得的相对位姿参数作为真值,进一步计算所提方法的测量误差,以验证所提方法的可行性与有效性;最后,搭建了基于红外热成像的掘支锚机器人联合机组相对位姿检测实验平台,实验结果表明,在 2.40～4.80 m测量范围内,在迈步式锚支护装备坐标系下,掘进机沿X、Y、Z三轴方向平移量相对误差绝对值均值分别为 0.021 6、0.019 8、0.026 9 m,绕X、Y、Z三轴的旋转角度相对误差绝对值均值分别为 1.45°、1.07°、1.27°,可以满足煤矿复杂环境掘支锚机器人联合机组相对位姿感知需求.
关键词：掘支锚机器人联合机组红外热成像视觉测量UNet分割算法位姿测量
分类号：TD421(矿山机械)
资助基金：国家自然科学基金(52304166)国家重点研发计划(2020YFB1314200)安徽高校协同创新资助项目(GXXT-2019-048)
论文发表日期：2025-10-31
在线出版日期：2025-11-20（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：14( 4640-4653 )
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