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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
基于单目视觉的钻杆位姿识别技术研究
  • 作者

    马斌彭光宇

  • 单位

    中煤科工西安研究院(集团)有限公司

  • 摘要
    钻杆自动装卸技术作为智能钻探装备领域的关键技术,制约着煤矿井下钻探装备的自动化和智能化发展,现有钻杆自动装卸系统主要依靠机械结构和接近开关进行定位,存在定位精度差自动化程度低的问题。针对此问题,提出一种基于单目视觉技术的钻杆位姿识别算法,利用摄像机拍摄含有合作目标的图像,解算摄像机与合作目标之间的相对距离和姿态,通过固定坐标变换,推导钻杆相对于机械手的位姿,引导机械手进行钻杆自动装卸。首先,确定系统总体方案,利用小孔成像原理和张正友标定法建立摄像机成像数学模型,求解摄像机内外参数;然后,使用棋盘格标定板作为被测钻杆的合作目标,根据小孔成像模型和空间成像关系,建立空间任意平面的单目测距模型,计算得到相机光心与合作目标点的距离;最后,通过摄像机成像模型得出合作目标的姿态矩阵,结合摄像机内外参数,经坐标转换求解得到合作目标在世界坐标系中的姿态矩阵,再通过固定坐标变换完成钻杆位姿识别。为验证算法准确性,在室内进行了钻杆位姿识别试验,试验中对每张现场图片进行重复测距与姿态估计,结果显示钻杆距离识别偏差在0.12%之内,钻杆姿态识别偏差在1.08%之内,满足钻杆自动装卸精度要求。试验结果表明,基于单目视觉技术的钻杆位姿识别算法真实有效,利用该算法可实现钻杆定位智能识别,提高钻杆自动装卸精度和钻探装备的智能化水平。
  • 关键词

    钻杆位姿识别视觉技术单目视觉测距模型煤矿智能化

  • 基金项目(Foundation)
    国家重点研发计划项目(2018YFC0808005);中煤科工集团西安研究院有限公司科技创新项目(2021XAYJSQ10);
  • 文章目录
    1 总体方案
    2 摄像机成像模型及其标定
    2.1 摄像机成像模型
    2.2 张正友标定法
    3 单目测距及姿态评估
    3.1 单目测距模型建立
    3.2 姿态评估
    3.3 试验结果与分析
    3.3.1 试验结果
    3.3.2 偏差分析
    4 结论
  • 引用格式
    马斌,彭光宇.基于单目视觉的钻杆位姿识别技术研究[J].煤田地质与勘探,2022,50(10):171-178.
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