（1）以煤礦井下掘進工作面固有激光指向儀特征為視覺定位合作標靶，解決了現有視覺定位方法因標靶結構復雜而導致標定繁瑣的問題。同時，保留并利用巷道固有特征完成視覺定位，不影響掘錨機司機的手動作業。
（2）分析激光指向儀光斑圖像特征，針對其高能量的特點，提出了一種基于二維反正切函數擬合的激光光斑中心提取方法，得到了比傳統基于高斯擬合的光斑中心提取方法更加精確的結果；
（3）為了實現掘錨裝備的長距離定位需求，構建了大基線距的光軸匯聚雙目結構，提出了基于激光指向儀點線特征的雙目視覺位姿解算模型，在50m的測試范圍內，得到了較為準確的位姿測量精度。
基于單激光束信息的掘錨裝備視覺定位方法研究
1.西安科技大學 機械工程學院
2.陜西省礦山機電裝備智能監測重點實驗室
井下掘錨裝備的自動化、智能化是解決“采掘失衡”難題的必由之路，狹長巷道較長距離移動設備的位姿測量是實現精確定位、自主導航和定形截割的基礎和前提。近年來，視覺位姿測量技術以其無接觸、無累計誤差的優勢在煤礦井下得到了一定程度的應用，但是尚存在頻繁移站、移站工作量大、系統標定繁瑣等問題。借助掘進工作面原有定向激光指向儀的點-線圖像特征，論文作者提出一種基于單激光束的掘錨裝備視覺定位方法，通過二維反正切函數擬合、Hough直線檢測方法分別提取激光光斑中心、激光束中心線，并將獲得的光斑和激光束特征輸入構建的雙目視覺空間位姿解算模型，求出掘錨裝備相對激光指向儀的實時位姿。搭建實驗平臺驗證了特征提取和視覺定位理論與方法的可行性，結果表明：該方法具有較高的位姿測量精度，初步滿足煤礦井下巷道施工的定位精度要求，50 m的測試距離時，巷道坐標系下沿X軸、Y軸和Z軸的平均測量誤差分別為25.44、58.64、31.08mm，最大誤差分別為55.16、127.39、63.57mm，而機身俯仰角、偏航角和橫滾角平均測量誤差分別為0.22°、0.22°、0.41°，最大誤差分別為0.29°、0.37°、0.58°。
教授
博士生導師
張旭輝，博士，教授，博士生導師，陜西省中青年科技創新領軍人才，陜西省教學名師，入選陜西省特支計劃教學領軍人才計劃?，F任陜西煤礦機電設備智能檢測與控制重點科技創新團隊帶頭人，陜西省礦山機電裝備智能監測重點實驗室常務副主任。兼任教育部工程教育專業認證機械類專業認證專家，高等工程教育學科智能制造工程專業教學委員會委員，國家能源局和國家礦山安全監察局煤礦智能化專家、中國煤炭工業技術委員會礦山機電與輔助運輸專家委員，中國工程機械學會煤礦機械分會副理事長、中國力學學會高級會員。主持國家自然科學基金、國家綠色制造系統集成項目、教育部科學技術研究重點項目、陜西省重點研發計劃等省部級項目20余項，完成40多項企業合作項目，已獲省部級科技獎勵10余項，在Nature子刊、TIE、JSV、煤炭學報、煤炭科學技術、力學學報、CIMS、工程設計學報、振動工程學報等高水平期刊發表論文近300篇，授權發明專利近70件。
致力于煤礦機電裝備智能化基礎理論及應用研究，取得多項創新性成果，提出數字孿生驅動掘進裝備遠程智能控制技術構架，形成了“數字煤層、虛實同步、數據驅動、實時修正、虛擬碰撞、截割預測、人機協同”的煤礦井下設備遠程控制技術體系；提出采掘數字工作面和虛擬遠程操控理念，將圖像測量技術引入煤礦井下掘進裝備精確定位與定向導航應用，以“慣導+”或“視覺+”等多種方法解決煤礦井下采掘工作面設備精確定位、自主導航和自主截割難題，相關技術擁有國內外專利100余項，自主研發的基于激光點-線特征煤礦井下長距離視覺定位系統已經在西安煤機、山東天河、中煤王家嶺、榆林大海則等企業推廣應用。
張旭輝，陳 鑫，楊文娟，等. 基于單激光束信息的掘錨裝備視覺定位方法研究[J]. 煤炭科學技術，2024，52（1）：311?322.
ZHANG Xuhui，CHEN Xin，YANG WenJuan，et al. Research on visual positioning method of digging and anchoring equipment based on single laser beam information[J]. Coal Science and Technology，2024，52（1）：311?322.
END 責任編輯：常 琛
整 理：馮春暉
責任編輯：常 琛
整 理：馮春暉
