CN107421447B - 一种基于双目视觉识别井下炮孔方位的方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于双目视觉识别井下炮孔方位的方法，机械臂及机械臂前端的双目立体视觉系统捕获的预置在爆破孔上的辅助标识信息，计算出炮孔中心点在图像坐标中的位置和方向，经过计算转化为世界坐标系的位置和方向，为装药机械臂自动寻孔控制算法提供关键的目标炮孔方位信息，从而实现爆破孔装药自动寻孔，提高地下工程爆破作业的机械化程度，减少作业人员的人工参与度，从而提高作业效率和作业安全性。
Description
技术领域
本发明涉及爆破领域，具体涉及一种基于双目视觉识别井下炮孔方位的方法。
背景技术
目前，国内地下铁矿爆破开采多采用无底柱分段崩落的方法来进行矿山爆破，矿山爆破的爆破孔多为上仰扇形布置，爆破孔的深度最深达到30多米，爆破孔分布的作业面凸凹不平，且不规则，炸药装填的作业面视线差、狭窄潮湿，且有片顶冒帮的安全风险，目前广泛采用的人工装药爆破方式，劳动强度大，作业人员多，作业效率低，本质安全性差。国外NORMET等公司已成功研制了自动送管系统，即采用地下装药车自动送管技术进行自动送管，但在向爆破孔送管前，仍需人工辅助对爆破孔进行定位，作业的安全性和效率仍未得到完全改善，但实现自动寻孔装填关键技术难点是对炮孔位置和方向信息获取，本发明一种基于辅标通过双目视觉高精度识别，解决炮孔识别时分辨真、假孔正确率低，以及确定炮孔方向难的问题。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出一种基于双目视觉识别井下炮孔方位的方法，具体技术方案如下：
一种基于双目视觉识别井下炮孔方位的方法，其特征在于：
采用以下步骤，
步骤1：在分布的N个爆破孔中分别插入有辅标，对所述辅标按照N1至Nn进行连续编号，在装药车机械臂的前端设置有双目立体视觉装置，在辅标上分布有特征标识，以装药车为基准建立世界坐标系，以双目立体视觉装置为基准，建立视觉坐标系；
步骤2：移动机械臂，使得N1号辅标上的至少一个特征标识和N2号辅标的至少一个特征标识位于双目立体视觉装置视觉范围内；
步骤3：数据处理系统得到在所述世界坐标系中所述N1号辅标上的特征标识的空间坐标值和所述N2上的特征标识的空间坐标值；
步骤4：将N1号辅标的空间坐标值保存在第一粗定位地址中，将N2号辅标的空间坐标值保存在第二粗定位地址中；
步骤5：控制系统根据第一粗定位地址，对与所述第一粗定位地址对应的辅标进行精确地址定位，确定该辅标在世界坐标系中的圆心坐标值和中心矢量值，将该圆心坐标值和中心矢量值发送到处理系统中；
步骤6：处理系统对所述机械臂各关节的伸缩长度和转动角度进行解算和调控，使所述装药车机械臂上的输药软管能够对准所述爆破孔，对所述爆破孔进行填装；
步骤7：控制系统根据第二粗定位地址，控制机械臂向第二粗定位地址方向移动指定的距离；
步骤8：判断第二粗定位地址对应的辅标是否为最后一个辅标，如果否，则进入下一步骤，否则，进入到步骤10；
步骤9：将第二粗定位地址值保存在第一粗定位地址中，将相邻的下一个辅标的空间坐标值保存在第二粗定位地址中，按照步骤5至步骤8执行；
步骤10：将第二粗定位地址赋值给第一粗定位地址；
步骤11：按照步骤5至步骤6处理，结束。
为更好的实现本发明，可进一步地：所述辅标为圆筒结构，所述辅标插入到所述爆破孔中，在所述辅标外端外圆周上设置有环形盘，在所述环形盘上端面沿圆周方向均匀分布有至少三个特征标识，所述辅标的圆心为爆破孔的中心，所述环形盘的法线方向与所述爆破孔的法线方向相同。
进一步地：所述步骤5包括如下步骤：
步骤51：控制系统根据第一粗定位地址，控制机械臂运行到最佳测量位置，该最佳测量位置为摄像头的焦距；
步骤52：数据处理系统对双目立体视觉装置采集到的二维辅助标识图像进行三维重建，数据处理系统得到辅标上三个特征标识对应的空间坐标值，根据三点确定圆的几何关系计算出辅标在视觉坐标系中的圆心坐标值，同时求出垂直于该圆的中心矢量值；
步骤53：数据处理系统将视觉坐标系中的圆心坐标值和中心矢量值转换到世界坐标系中。
进一步地：所述环形盘上端面设置有反光层。
进一步地：所述双目立体视觉装置还包括补光灯。
进一步地：所述步骤8中判断第二粗定位地址对应的辅标是否为最后一个辅标的方式为，在双目立体视觉装置视觉范围内是否还存在下一个辅标。
进一步地：所述步骤3包括以下步骤：
步骤31：所述双目立体视觉装置得到在所述视觉坐标系中所述N1号辅标上的特征标识的空间坐标值和所述N2上的特征标识的空间坐标值；
步骤32：数据处理系统建立视觉坐标系与世界坐标系的坐标变换，得到在所述世界坐标系中所述N1号辅标上的特征标识的空间坐标值和所述N2上的特征标识的空间坐标值。
本发明的有益效果为：本发明中，通过安装于装药车机械臂前端的双目立体视觉系统捕获的预置在爆破孔上的辅助标识信息，计算出机械臂相对于爆破孔的相对三维坐标和相对位姿信息，根据所述相对三维坐标和相对位姿信息对机械臂各关节的伸缩长度和转动角度进行解算、调控，使得机械臂上的输药软管能够准确对准爆破孔，从而实现爆破孔装药自动寻孔，提高地下工程爆破作业的机械化程度，减少作业人员的人工参与度，从而提高作业效率和作业安全性。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
设置爆破孔区域为4排，每排有15个爆破孔，从第一排到第四排，对于每一排爆破孔依次采用如下实施方式，
以第一排爆破孔为例，如图1所示，采用一种基于双目视觉识别井下炮孔方位的方法，包括以下步骤，
步骤1：在第一排列的15个爆破孔中分别插入有辅标，对辅标按照11至115进行连续编号；
在装药车机械臂的前端设置有双目立体视觉装置，在辅标上分布有特征标识，以装药车为基准建立世界坐标系，以双目立体视觉装置为基准，建立视觉坐标系；
辅标为圆筒结构，辅标插入到爆破孔中，在辅标外端外圆周上设置有环形盘，在环形盘上端面沿圆周方向均匀分布有至少三个特征标识，辅标的圆心为爆破孔的中心，环形盘的法线方向与爆破孔的法线方向相同，环形盘上端面设置有反光层，双目立体视觉装置还包括补光灯。
步骤2：，移动机械臂，使得11号辅标上的至少一个特征标识和12号辅标的至少一个特征标识位于双目立体视觉装置视觉范围内；
步骤3：双目立体视觉装置得到在视觉坐标系中11号辅标上的特征标识的空间坐标值和12上的特征标识的空间坐标值；
步骤4：数据处理系统建立视觉坐标系与世界坐标系的坐标变换，得到在世界坐标系中11号辅标上的特征标识的空间坐标值和12上的特征标识的空间坐标值。
步骤5：将11号辅标的空间坐标值保存在第一粗定位地址中，将12号辅标的空间坐标值保存在第二粗定位地址中；
步骤6：控制系统根据第一粗定位地址，控制机械臂运行到最佳测量位置，该最佳测量位置为摄像头的焦距；
步骤7：数据处理系统对双目立体视觉装置采集到的二维辅助标识图像进行三维重建，数据处理系统得到辅标上三个特征标识对应的空间坐标值，根据三点确定圆的几何关系计算出辅标在视觉坐标系中的圆心坐标值，同时求出垂直于该圆的中心矢量值；
步骤8：数据处理系统将视觉坐标系中的圆心坐标值和中心矢量值转换到世界坐标系中。
步骤9：处理系统对机械臂各关节的伸缩长度和转动角度进行解算和调控，使装药车机械臂上的输药软管能够对准爆破孔，对爆破孔进行填装；
步骤10：控制系统根据第二粗定位地址，控制机械臂向第二粗定位地址方向移动指定的距离；
步骤11：判断第二粗定位地址对应的辅标是否为最后一个辅标，如果否，则进入下一步骤，否则，进入到步骤13；
步骤12：将第二粗定位地址值保存在第一粗定位地址中，将相邻的下一个辅标的空间坐标值保存在第二粗定位地址中，按照步骤6至步骤11执行；
步骤13：将第二粗定位地址赋值给第一粗定位地址；
步骤14：按照步骤6至步骤9处理，结束。
Claims (7)
1.一种基于双目视觉识别井下炮孔方位的方法，其特征在于：
采用以下步骤，
步骤1：在分布的N个爆破孔中分别插入有辅标，对所述辅标按照N1至Nn进行连续编号，在装药车机械臂的前端设置有双目立体视觉装置，在辅标上分布有特征标识，以装药车为基准建立世界坐标系，以双目立体视觉装置为基准，建立视觉坐标系；
步骤2：移动机械臂，使得N1号辅标上的至少一个特征标识和N2号辅标的至少一个特征标识位于双目立体视觉装置视觉范围内；
步骤3：数据处理系统得到在所述世界坐标系中所述N1号辅标上的特征标识的空间坐标值和所述N2上的特征标识的空间坐标值；
步骤4：将N1号辅标的空间坐标值保存在第一粗定位地址中，将N2号辅标的空间坐标值保存在第二粗定位地址中；
步骤5：控制系统根据第一粗定位地址，对与所述第一粗定位地址对应的辅标进行精确地址定位，确定该辅标在世界坐标系中的圆心坐标值和中心矢量值，将该圆心坐标值和中心矢量值发送到控制系统中；
步骤6：控制系统对所述机械臂各关节的伸缩长度和转动角度进行解算和调控，使所述装药车机械臂上的输药软管能够对准所述爆破孔，对所述爆破孔进行填装；
步骤7：控制系统根据第二粗定位地址，控制机械臂向第二粗定位地址方向移动指定的距离；
步骤8：判断第二粗定位地址对应的辅标是否为最后一个辅标，如果否，则进入下一步骤，否则，进入到步骤10；
步骤9：将第二粗定位地址值保存在第一粗定位地址中，将相邻的下一个辅标的空间坐标值保存在第二粗定位地址中，按照步骤5至步骤8执行；
步骤10：将第二粗定位地址赋值给第一粗定位地址；
步骤11：按照步骤5至步骤6处理，结束。
2.根据权利要求1所述一种基于双目视觉识别井下炮孔方位的方法，其特征在于：所述辅标为圆筒结构，所述辅标插入到所述爆破孔中，在所述辅标外端外圆周上设置有环形盘，在所述环形盘上端面沿圆周方向均匀分布有至少三个特征标识，所述辅标的圆心为爆破孔的中心，所述环形盘的法线方向与所述爆破孔的法线方向相同。
3.根据权利要求2所述一种基于双目视觉识别井下炮孔方位的方法，其特征在于：所述步骤5包括如下步骤：
步骤51：控制系统根据第一粗定位地址，控制机械臂运行到最佳测量位置，该最佳测量位置为双目立体视觉装置的焦距；
步骤52：数据处理系统对双目立体视觉装置采集到的二维辅助标识图像进行三维重建，数据处理系统得到辅标上三个特征标识对应的空间坐标值，根据三点确定圆的几何关系计算出辅标在视觉坐标系中的圆心坐标值，同时求出垂直于该圆的中心矢量值；
步骤53：数据处理系统将视觉坐标系中的圆心坐标值和中心矢量值转换到世界坐标系中。
4.根据权利要求2所述一种基于双目视觉识别井下炮孔方位的方法，其特征在于：所述环形盘上端面设置有反光层。
5.根据权利要求1所述一种基于双目视觉识别井下炮孔方位的方法，其特征在于：所述双目立体视觉装置还包括补光灯。
6.根据权利要求1所述一种基于双目视觉识别井下炮孔方位的方法，其特征在于：所述步骤8中判断第二粗定位地址对应的辅标是否为最后一个辅标的方式为，在双目立体视觉装置视觉范围内是否还存在下一个辅标。
7.根据权利要求1所述一种基于双目视觉识别井下炮孔方位的方法，其特征在于：所述步骤3包括以下步骤：
步骤31：所述双目立体视觉装置得到在所述视觉坐标系中所述N1号辅标上的特征标识的空间坐标值和所述N2上的特征标识的空间坐标值；
步骤32：数据处理系统建立视觉坐标系与世界坐标系的坐标变换，得到在所述世界坐标系中所述N1号辅标上的特征标识的空间坐标值和所述N2上的特征标识的空间坐标值。
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