针对工作面液压支架姿态传统接触式测量方法存在的传感器数量多、故障率高、解算误差大、可视性差等问题,建立了一种基于支架运动机理的液压支架姿态视觉测量模型,提出了一种基于深度视觉原理的液压支架支撑高度与顶梁姿态角测量方法,并搭建了测量系统。该测量方法通过在液压支架顶梁上布设RGB-D相机,利用深度视觉技术获取液压支架底座彩色信息和深度信息并实现二者数据流的同步,通过ORB算法和FLANN算法实现底座特征点的快速提取与匹配,基于空间3D-3D的ICP模型估计相邻时刻相机位姿变化,结合液压支架姿态视觉测量模型设计姿态解算算法完成支撑高度和顶梁姿态角参数解算。测量实验结果表明:该方法液压支架姿态参数解算速度快,稳定性好,实现了液压支架内部姿态的非接触实时性监测,同时该姿态解算算法可保证液压支架支撑高度测量绝对误差在10 mm左右,顶梁姿态角测量绝对误差在2°以内,精度上能够满足井下液压支架姿态监测精度需求;此外,该方法减少了支架上传感器的数量,降低了安装与维修成本,为实现工作面综采设备运行位姿状态信息的精准感知与动态监测,以及智能化工作面的精准实时控制提供了技术支撑。

国家自然科学基金面上项目（51874174）;国家自然科学基金重点项目（51834006）；中国煤炭科工集团科技专项重点项目（2019-TD-ZD001）；

1 深度视觉测量原理
2 液压支架姿态视觉测量模型
3 液压支架姿态深度视觉测量系统组成、图像采集处理与姿态解算
3.1 系统组成
3.2 相机标定与底座图像采集
3.3 特征点提取与匹配
3.4 液压支架姿态解算算法
4 实验结果分析
5 结 论

任怀伟,李帅帅,赵国瑞,张科学,杜明,周杰.基于深度视觉原理的工作面液压支架支撑高度与顶梁姿态角测量方法研究[J].采矿与安全工程学报,2022,39(01):72-81+93.DOI:10.13545/j.cnki.jmse.2020.0587.