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悬臂式掘进机视觉位姿检测系统外参标定方法

张旭辉 张楷鑫 张超 杨文娟 杜昱阳 谢楠 周创

张旭辉,张楷鑫,张超, 等. 悬臂式掘进机视觉位姿检测系统外参标定方法[J]. 机械科学与技术,2022,41(12):1928-1935 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200534
引用本文: 张旭辉,张楷鑫,张超, 等. 悬臂式掘进机视觉位姿检测系统外参标定方法[J]. 机械科学与技术,2022,41(12):1928-1935 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200534
ZHANG XuHui, ZHANG Kaixin, ZHANG Chao, YANG Wenjuan, DU Yuyang, XIE Nan, ZHOU Chuang. Calibrating External Parameters of Visual Position Detection System of Cantilever Roadheader[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2022, 41(12): 1928-1935. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200534
Citation: ZHANG XuHui, ZHANG Kaixin, ZHANG Chao, YANG Wenjuan, DU Yuyang, XIE Nan, ZHOU Chuang. Calibrating External Parameters of Visual Position Detection System of Cantilever Roadheader[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2022, 41(12): 1928-1935. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200534

悬臂式掘进机视觉位姿检测系统外参标定方法

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200534
基金项目: 国家自然科学基金项目(51974228)、陕西省自然科学基础研究计划项目(2019JLZ-08)及煤矿机电设备智能检测与控制创新团队(2018TD-032)
详细信息
    作者简介:

    张旭辉(1972−),教授,博士生导师,研究方向为煤矿 机电设备智能检测与控制,zhangxh@xust.edu.cn

  • 中图分类号: TD421

Calibrating External Parameters of Visual Position Detection System of Cantilever Roadheader

  • 摘要: 当前巷道掘进过程中高粉尘、低照度等因素严重影响外参标定精度。针对以平行激光线为特征的悬臂式掘进机位姿检测系统外参标定难题,提出一种基于数字全站仪的系统外参标定方法,详细分析系统外参标定误差对测量系统的影响。通过建立视觉位姿测量系统中各模块之间的坐标转换关系,对系统外参标定原理进行数学建模,利用全站仪位姿检测方法得到全站仪系统外参标定结果下机身相对于巷道的位姿,对普通外参标定结果得到的机身相对于巷道位姿进行精度评价。实验结果表明:悬臂式掘进机全站仪系统外参标定方法位置测量误差在 ± 3 mm内,姿态角角度测量误差在0.08°内;利用全站仪系统外参标定方法得到精度结果: xyz方向的位置平均误差分别提高了13.073 mm、21.511 mm和18.159 mm,偏航角、俯仰角和姿态角的角度平均误差分别提高了0.225°、0.246°和0.246°。
  • 图  1  视觉位姿检测系统

    图  2  矩阵转换关系

    图  3  坐标系转换原理

    图  4  视觉位姿检测系统外参标定方案

    图  5  机身姿态检测模型

    图  6  机身姿态测量方法

    图  7  航向角误差模型

    图  8  全站仪位姿检测评价平台

    图  9  全站仪姿态测量结果误差

    图  10  系统外参标定下视觉位姿测量精度实验

    图  11  机身位姿测量结果误差

    表  1  系统外参标定方法的机身位姿部分实验结果

    观测点普通测量系统外参标定 全站仪系统外参标定
    X/mmY/mmZ/mmα/(°)β/(°)γ/(°) X/mmY/mmZ/mmα/(°)β/(°)γ/(°)
    1 778.7 802.6 683.5 −14.74 −0.325 −0.164 765 812 665 −14.62 −0.126 −0.314
    2 1090 442.1 683.8 1.746 −3.887 −0.349 1107 447 658 1.511 −4.022 −0.158
    3 2244 609.4 696.2 −7.437 −2.383 −0.281 2258 599 668 −7.348 −2.151 −0.127
    4 3098 325.4 692.8 5.206 4.163 0.143 3081 321 673 5.068 3.907 −0.177
    5 4212 589.8 695.6 −17.15 0.458 0.185 4197 602 680 −16.97 0.611 0.356
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-12-23
  • 网络出版日期:  2023-02-16
  • 刊出日期:  2022-12-05

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