基于视觉导航的悬臂式掘进机自动定向掘进控制

"悬臂式掘进机视觉导航与定向掘进控制技术研究" 本文主要探讨了悬臂式掘进机在煤矿巷道掘进过程中的自动化控制技术，特别是在视觉导航和定向掘进方面的新方法。当前，巷道掘进装备的位姿测量是全球研究的焦点，而自动定向导航仍然是一个挑战。为了克服这一难题，研究人员提出了一种基于视觉导航的悬臂式掘进机自动定向掘进控制策略。 该方法利用单目视觉测量技术，借助巷道中激光指向仪发射的激光点和激光束作为特征，构建了一个基于门形结构的掘进机机身位姿视觉测量模型。通过空间矩阵变换，可以精确计算出掘进机在巷道中的位置和姿态。这一创新的测量模型在复杂井下环境中能够有效地捕捉到掘进机的位姿，测量误差控制在了±40毫米以内，姿态角测量误差小于0.3度，极大地提高了测量的准确性。 在控制策略上，研究者依据悬臂式掘进机的运动特性，制定了纠偏控制策略，并结合掘进机的运动学原理建立了定向掘进运动控制模型。采用backstepping方法，他们设计了合适的Lyapunov函数来构建轨迹跟踪控制器，成功解决了掘进机的轨迹跟踪控制问题。实验证明，这种轨迹跟踪控制器能让掘进机实现自动定向掘进，运动控制精度达到了±20毫米，完全满足巷道施工的高精度需求。 此外，该方法的创新之处还在于使用固定在掘进装备上的工业相机，以及利用激光指向仪的点-线特征构建门型三线模型作为位姿测量基准，减少了标靶的移动，提高了系统的稳定性和抗干扰能力，相比其他研究，具有明显的优势。 这项研究的结果为煤矿巷道快速掘进装备的智能化定向控制提供了重要的理论基础和技术支持，对于提升掘进效率、降低人工参与度和提高施工安全性具有重大意义。关键词包括视觉导航、激光点-线特征、定向掘进控制、轨迹跟踪和悬臂式掘进机，这些都是当前掘进技术领域的关键研究方向。