煤矿井下移动机器人激光标靶定位方法研究

本论文创新点

（1）提出了一种针对煤矿井下移动机器人基于激光标靶的精确定位方法。以激光标靶作为机身定位基准，建立了激光标靶分布式网络架构和机身定位检测平台，实现了移动机器人在煤矿井下全局定位。

（2）建立了激光标靶巷道坐标信息库，利用EPnP算法解算机身位置信息，提出了基于激光标靶实测坐标与激光标靶巷道坐标构建的最小残差平方和误差模型，采用L–M算法实现全局最优解估计，提高了移动机器人机身定位精度。

（3）在移动机器人定位检测平台中分别进行重复定位测量和动态轨迹测量试验，结果表明：在重复定位测量试验中移动机器人沿巷道长度方向、宽度方向和高度方向位置测量最大误差小于 11.33、8.12、8.57 mm；在动态轨迹测量试验中移动机器人沿巷道长度方向、宽度方向、高度方向最大定位误差率为2.74%、3.14%、2.36%，沿直线行驶与转弯处行驶的平均误差为15.62mm、19.41mm，满足煤矿井下移动机器人精确定位要求。

题目

煤矿井下移动机器人激光标靶定位方法研究

作者

马宏伟^1,2，苏浩^1,2，薛旭升^1,2，李超³，郭逸风^1,2，王星³，周文剑^1,2，崔闻达^1,2，喻祖坤^1,2，成佳帅^1,2

单位

1.西安科技大学机械工程学院

2.陕西省矿山机电装备智能检测与控制重点实验室

3.中煤能源研究院有限责任公司

长按识别二维码阅读全文

摘要

针对煤矿井下巷道中移动机器人受环境影响，位姿感知难、定位精度低等难题，提出了一种以激光标靶作为定位基准的移动机器人精确定位方法。根据巷道环境特征与激光追踪检测原理，提出激光标靶网络分布式布署策略，构建基于激光标靶网络与激光追踪器的机身定位检测平台；依据已知巷道空间信息与激光标靶位置信息，构建巷道坐标系及位置信息数据库并内置于激光标靶，利用定位检测平台解算激光标靶在激光发射器坐标系下的实际位置信息，建立激光标靶在巷道坐标系与机身坐标系的关联关系；通过提取数据库中激光标靶的 4 个特征点坐标信息，将其作为输入数据引入激光发射器与激光标靶定位模型，通过EPnP(Efficient Perspective-n-Point)算法求解机身位置信息，并以激光标靶巷道坐标与实测坐标最小残差平方和表征机身位置误差，构建机身位置误差模型，利用列文伯格-马夸尔特(Levenberg–Marquardt,L-M)算法最小化机身位置误差，通过空间坐标转换得到移动机器人在巷道坐标系的精确位置信息。经试验验证：移动机器人沿巷道方向、宽度方向和高度方向位置测量最大误差小于11.33 mm、8.12 mm、8.57 mm；动态轨迹测量试验的实际位置与理论位置误差在巷道方向、宽度方向、高度方向最大误差率为2.74 %、3.14 %、2.36 %，且保证了在转弯的复杂巷道中机身定位的稳定测量，满足煤矿井下移动机器人定位精度要求

作者简介

马宏伟

教授

博士生导师

马宏伟，男，工学博士，二级教授，博士生导师。现任西部煤矿智能化研究院院长、矿山机器人及人工智能研究所所长、陕西省老教授协会副会长。曾任西安科技大学副校长、研究生院院长、研究院院长等。先后主持国家级、省部级科研项目10余项，主持企业委托项目数十项；获得以陕西省科技进步一等奖为代表的省部级奖20余项，授权国家专利100余项，在国内外学术期刊上发表学术论文300余篇，其中被SCI、EI等收录150余篇，培养博士研究生180余人，曾被授予“陕西省优秀教育工作者”“陕西省研究生培养先进工作者”。

研究方向

煤矿智能化关键技术、煤矿机器人技术、煤矿机电装备智能检测与控制、现代无损检测与评价等

主要成果

提出了煤矿智能机器人、煤矿人机协同智能系统、数字煤层构建及智能开采、智能掘进、煤矿机电设备智能检测与控制等关键技术和理论方法，形成了“采煤就是采数据”“掘进就是掘模型”“拣矸就是拣图像”“运输就是运流量”等煤矿智能化学术思想体系，研发了以智能化掘进系统和智能化综采系统为代表的煤矿智能检测与控制系统，破解了多项煤矿智能化技术及装备难题，创造了巨大的经济效益和社会效益。

引用格式

马宏伟，苏浩，薛旭升，等. 煤矿井下移动机器人激光标靶定位方法研究[J]. 煤炭科学技术，2024，52（11）：60−73.
MA Hongwei，SU Hao，XUE Xusheng，et al. Research on laser target positioning method for underground mobile robot in coal mine[J]. Coal Science and Technology，2024，52（11）：60−73.

　　责任编辑：宫在芹

煤矿井下移动机器人激光标靶定位方法研究

煤问提

煤传媒

煤视界

科技创新50强

会员中心