（1）以煤矿井下掘进工作面固有激光指向仪特征为视觉定位合作标靶，解决了现有视觉定位方法因标靶结构复杂而导致标定繁琐的问题。同时，保留并利用巷道固有特征完成视觉定位，不影响掘锚机司机的手动作业。
（2）分析激光指向仪光斑图像特征，针对其高能量的特点，提出了一种基于二维反正切函数拟合的激光光斑中心提取方法，得到了比传统基于高斯拟合的光斑中心提取方法更加精确的结果；
（3）为了实现掘锚装备的长距离定位需求，构建了大基线距的光轴汇聚双目结构，提出了基于激光指向仪点线特征的双目视觉位姿解算模型，在50m的测试范围内，得到了较为准确的位姿测量精度。
基于单激光束信息的掘锚装备视觉定位方法研究
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监测重点实验室
井下掘锚装备的自动化、智能化是解决“采掘失衡”难题的必由之路，狭长巷道较长距离移动设备的位姿测量是实现精确定位、自主导航和定形截割的基础和前提。近年来，视觉位姿测量技术以其无接触、无累计误差的优势在煤矿井下得到了一定程度的应用，但是尚存在频繁移站、移站工作量大、系统标定繁琐等问题。借助掘进工作面原有定向激光指向仪的点-线图像特征，论文作者提出一种基于单激光束的掘锚装备视觉定位方法，通过二维反正切函数拟合、Hough直线检测方法分别提取激光光斑中心、激光束中心线，并将获得的光斑和激光束特征输入构建的双目视觉空间位姿解算模型，求出掘锚装备相对激光指向仪的实时位姿。搭建实验平台验证了特征提取和视觉定位理论与方法的可行性，结果表明：该方法具有较高的位姿测量精度，初步满足煤矿井下巷道施工的定位精度要求，50 m的测试距离时，巷道坐标系下沿X轴、Y轴和Z轴的平均测量误差分别为25.44、58.64、31.08mm，最大误差分别为55.16、127.39、63.57mm，而机身俯仰角、偏航角和横滚角平均测量误差分别为0.22°、0.22°、0.41°，最大误差分别为0.29°、0.37°、0.58°。
教授
博士生导师
张旭辉，博士，教授，博士生导师，陕西省中青年科技创新领军人才，陕西省教学名师，入选陕西省特支计划教学领军人才计划。现任陕西煤矿机电设备智能检测与控制重点科技创新团队带头人，陕西省矿山机电装备智能监测重点实验室常务副主任。兼任教育部工程教育专业认证机械类专业认证专家，高等工程教育学科智能制造工程专业教学委员会委员，国家能源局和国家矿山安全监察局煤矿智能化专家、中国煤炭工业技术委员会矿山机电与辅助运输专家委员，中国工程机械学会煤矿机械分会副理事长、中国力学学会高级会员。主持国家自然科学基金、国家绿色制造系统集成项目、教育部科学技术研究重点项目、陕西省重点研发计划等省部级项目20余项，完成40多项企业合作项目，已获省部级科技奖励10余项，在Nature子刊、TIE、JSV、煤炭学报、煤炭科学技术、力学学报、CIMS、工程设计学报、振动工程学报等高水平期刊发表论文近300篇，授权发明专利近70件。
致力于煤矿机电装备智能化基础理论及应用研究，取得多项创新性成果，提出数字孪生驱动掘进装备远程智能控制技术构架，形成了“数字煤层、虚实同步、数据驱动、实时修正、虚拟碰撞、截割预测、人机协同”的煤矿井下设备远程控制技术体系；提出采掘数字工作面和虚拟远程操控理念，将图像测量技术引入煤矿井下掘进装备精确定位与定向导航应用，以“惯导+”或“视觉+”等多种方法解决煤矿井下采掘工作面设备精确定位、自主导航和自主截割难题，相关技术拥有国内外专利100余项，自主研发的基于激光点-线特征煤矿井下长距离视觉定位系统已经在西安煤机、山东天河、中煤王家岭、榆林大海则等企业推广应用。
张旭辉，陈 鑫，杨文娟，等. 基于单激光束信息的掘锚装备视觉定位方法研究[J]. 煤炭科学技术，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.
