基于視覺測量的快速掘進機器人糾偏控制研究

張旭輝， 周創(chuàng)， 張超， 謝楠， 張楷鑫， 劉博興

(1.西安科技大學(xué) 機械工程學(xué)院， 陜西 西安 710054；2.陜西省礦山機電裝備智能監(jiān)測重點實驗室， 陜西 西安 710054)

0 引言

目前，煤礦井下仍存在大量人工手動操控的懸臂式掘進機，導(dǎo)致巷道掘進效率低，成形質(zhì)量差[1-2]。發(fā)展巷道快速掘進成套技術(shù)裝備、提高掘進智能化水平已成為保障煤礦安全高效生產(chǎn)的先決條件[3-4]。其中，具有精確定位和自動糾偏控制功能的快速掘進機器人是實現(xiàn)巷道掘進智能化的關(guān)鍵[5-6]。

許多學(xué)者對煤礦井下掘進機定位與控制技術(shù)進行了深入研究。陶云飛[7]提出了一種基于激光導(dǎo)向系統(tǒng)的掘進機位姿自動測量方法。楊文娟等[8]提出了一種基于激光束和紅外光斑特征的懸臂式掘進機機身及截割頭位姿視覺測量系統(tǒng)。田原[9]建立了掘進機慣性定位系統(tǒng)，將PHINS慣性導(dǎo)航系統(tǒng)用于掘進機自動定位，利用零速修正法提高其定位精度。吳淼等[10]提出了一種基于空間交匯測量技術(shù)的掘進機自主位姿測量方法。張旭輝等[11]構(gòu)建了虛擬設(shè)備及工作場景的模型，提出虛擬工作面的動態(tài)修正方法和設(shè)備的碰撞檢測方法，實現(xiàn)了監(jiān)測數(shù)據(jù)驅(qū)動下的虛擬交互式設(shè)備遠程操控。朱偉等[12]設(shè)計了一種基于嵌入式軟PLC技術(shù)的掘進機控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了掘進機位姿監(jiān)測與遙控控制。瞿圓媛等[13]建立了掘進機行走位姿偏差模型，在此基礎(chǔ)上對掘進機行進糾偏調(diào)度規(guī)劃與控制進行了研究。但上述掘進機控制技術(shù)主要以掘進機自主定位為基礎(chǔ)，未考慮在井下高粉塵、低照度環(huán)境中掘進機定位與控制精度不高的問題。……