CN109827482B - 一种用于深孔装药的炮孔位姿识别方法及炮孔对接装置 - Google Patents

Abstract

一种用于深孔装药的炮孔位姿识别方法，利用机器人自动送药，采用深度摄像头与激光测距组合，准确识别深度炮孔中心位置及轴线方向。与现有的技术相比，本发明的有益效果是：本发明能自动识别深孔爆破的炮孔位姿并设计了将装药管准确对接到炮孔上的装置，整个过程自动完成，解决了传统作业的人工成本高、危险性大、效率低等问题。

Description

一种用于深孔装药的炮孔位姿识别方法及炮孔对接装置

技术领域

本发明涉及深孔爆破技术领域，尤其涉及一种用于深孔装药的炮孔位姿识别方法及炮孔对接装置。

背景技术

在地下矿山中，经常采用的是向上深孔装药的崩落采矿法，首先在初始矿洞上方岩壁上钻深孔(孔深一般在10m以上，孔径30mm左右)，然后将装药管上端对接到深孔边缘中心处，同时调整装药管的轴线方向使其与深孔轴线方向一致，以保证送药工序能顺畅进行。由于地下矿山存在光线弱、岩壁不平整等不利因素，自动识别炮孔位姿(即炮孔边缘中心位置和轴线方向)比较困难，目前的装药作业主要由人工完成，装药时首先人工将起爆器安装到装药管前端，然后手动将装药管对接到炮孔边缘中心处，之后靠人的视觉和经验调整装药管的轴线方向和炮孔轴线重合，最后由送药机构将乳化炸药送到炮孔内部完成装药。装药工位靠近山体或在地下，存在落石、粉尘和液体渗漏等多重危险，劳动强度大，危险系数高，急需相应装置和方法替代人工劳动。

专利号为CN107860277A的“一种深孔爆破辅助装药装置及其设计方法”，提供了一种简单的深孔送药装置，依靠带有复合松紧带的铰接盘支架结构，实现了条状炸药的缓冲放置，但其仍为手工操作，不能解决效率和安全性问题，且不能实现向上深孔的送药。

因此，发明一种方法，能实现在复杂环境下的炮孔位姿自动识别并实现装药管对接操作，对于提高生产安全性、提高劳动效率和降低施工成本具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于深孔装药的炮孔位姿识别方法及炮孔对接装置，实现自动识别炮孔位姿，同时将装药管送到炮孔中心处并调整到正确的轴线方向送入炮孔。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种用于深孔装药的炮孔位姿识别方法，利用机器人自动送药，采用深度摄像头与激光测距组合，准确识别深度炮孔中心位置及轴线方向，具体方法如下：

1)首先通过深度摄像头识别炮孔边缘点，任意选取一个方向以一组平行线截取炮孔边缘，得到一组平行线段，计算出各线段的中点A_i，将各个中点A_i以最小二乘法拟合成一条直线a，相对于直线a转过一个角度，以相同的方法拟合得到另一条直线b，计算直线a和直线b的交点，得到炮孔中心点O的坐标；

2)控制夹持机构将激光测距装置的中心送至炮孔中心位置，再通过机器人将激光测距装置沿X轴和Y轴方向旋转，激光束轴线方向为Z轴，当测得距离接近炮孔实际深度值时，确定该方向为炮孔轴线方向；

3)依据确定的炮孔中心位置和炮孔轴线方向，调整装药管位姿并将其送到相应位置。

一种用于深孔装药的炮孔位姿识别方法采用的装置，包括夹持机构、激光测距装置、深度摄像头，所述激光测距装置和深度摄像头固定在夹持机构上。

所述夹持机构包括夹爪、连杆、螺母、丝杠、连接块、连接法兰、支撑板、电机、齿轮机构，所述夹爪与连杆铰接，所述连杆与螺母铰接，所述螺母螺接在丝杠上，所述丝杠通过轴承安装在连接块中，所述支撑板固定在连接块的上下两端，所述电机与支撑板固定连接，所述丝杠通过齿轮机构与电机传动连接，连接块通过连接法兰连接机器人，深度摄像头和激光测距装置安装在支撑板上方。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

本发明能自动识别深孔爆破的炮孔位姿并将装药管准确对接到炮孔上的装置，整个过程自动完成，解决了传统作业的人工成本高、危险性大、效率低等问题。

附图说明

图1是本发明所涉及的炮孔对接装置机器人的总体结构示意图。

图2是夹持机构的结构示意图。

图3是夹持机构的剖面图。

图4是深度摄像头、激光测距装置与夹持机构的安装示意图。

图5是炮孔定位方法原理图。

图中：1-举升平台，2-机器人，3-定位装置，4-夹持机构，5-起爆器，6-装药管，7-连接法兰，8-连接块，9-支撑板，10-电机，11-齿轮机构，12-丝杠，13-螺母，14-连杆，15-夹爪，16-圆螺母，17-轴承，18-深度摄像头，19-激光测距装置，20-山体，21-炮孔。

具体实施方式

下面对本发明做详细说明，但本发明的实施范围不仅仅限于下述的实施方式。

如图5所示，一种用于深孔装药的炮孔位姿识别方法，利用机器人自动送药，采用深度摄像头与激光测距组合，准确识别深度炮孔中心位置及轴线方向，具体方法如下：

1)首先通过深度摄像头18识别炮孔21边缘点，任意选取一个方向以一组平行线截取炮孔21边缘，得到一组平行线段，计算出各线段的中点A_i(i＝1-n)，将各个中点A_i以最小二乘法拟合成一条直线a，相对于直线a转过一个角度(可为30°角)，以相同的方法拟合得到另一条直线b，计算直线a和直线b的交点，得到炮孔中心点O的坐标；

2)控制夹持机构4将激光测距装置的中心送至炮孔中心位置；再通过机器人将激光测距装置沿X轴和Y轴方向旋转，激光束轴线方向为Z轴，当测得距离接近炮孔21实际深度值时，确定该方向为炮孔21轴线方向；

3)依据确定的炮孔中心位置和炮孔轴线方向，调整装药管位姿并将其送到相应位置。

如图1-图4所示，一种用于深孔装药的炮孔位姿识别方法采用的装置，包括夹持机构4、激光测距装置19、深度摄像头18，所述激光测距装置19和深度摄像头18固定在夹持机构4上。

所述夹持机构4包括夹爪15、连杆14、螺母13、丝杠12、连接块8、连接法兰7、支撑板9、电机10、齿轮机构11，所述夹爪15与连杆14铰接，所述连杆14与螺母13铰接，所述螺母13螺接在丝杠12上，所述丝杠12通过轴承17安装在连接块8中，所述支撑板9固定在连接块8的上下两端，所述电机10与支撑板9固定连接，所述丝杠12通过齿轮机构11与电机10传动连接，连接块8通过连接法兰7连接机器人2，深度摄像头18和激光测距装置19安装在支撑板9上方。电机10为伺服电机。

机器人2设置在举升平台1的底板上，夹持机构4通过连接法兰7安装在机器人2六轴末端，深度摄像头18和激光测距装置19构成定位装置3通过螺栓安装在夹持机构4上方。

举升平台1前部呈半圆形排布的立柱上摆放有若干起爆器5，举升平台1前端支架上放置装药管6。举升平台1安装在装药车前端，通过装药车的行走和举升平台1的举升，使得炮孔21位置位于机器人2的工作空间范围内。

齿轮机构11由两个相同参数的齿轮组成，分别安装在电机10轴上和丝杠12一端；丝杠12通过两个轴承17安装于连接块8孔内，丝杠12转动带动螺母13移动，支撑板9上设计了矩形槽结构，螺母13部分置于矩形槽中，具有限制螺母13转动和轴向移动的导向的功能；连杆14通过铰链连接在螺母13上，连杆14与夹爪15通过铰链连接，夹爪15与支撑板9也通过铰链连接。

伺服电机10驱动齿轮机构11转动，齿轮带动丝杠12转动，丝杠12驱动螺母13做直线运动，支撑板9上的矩形槽防止螺母13转动并实现螺母13的移动导向，螺母13与连杆14通过铰链连接，连杆14带动夹爪15旋转，实现增力夹紧。

深度摄像头18安装于夹持机构4上方，通过识别炮孔21边缘位置，确定现炮孔21中心位置。激光测距装置19安装在夹持机构4上方，与深度摄像头18并列布置，可确定炮孔21轴线方向。通过深度摄像头18和激光测距装置19的组合可实现炮孔21位姿识别。

Claims (1)

1.一种用于深孔装药的炮孔位姿识别方法，其特征在于，利用机器人自动送药，采用深度摄像头与激光测距组合，准确识别深度炮孔中心位置及轴线方向，具体方法如下：

1)首先通过深度摄像头识别炮孔边缘点，任意选取一个方向以一组平行线截取炮孔边缘，得到一组平行线段，计算出各线段的中点A_i，将各个中点A_i以最小二乘法拟合成一条直线a，相对于直线a转过一个角度，以相同的方法拟合得到另一条直线b，计算直线a和直线b的交点，得到炮孔中心点O的坐标；

2)控制夹持机构将激光测距装置的中心送至炮孔中心位置，再通过机器人将激光测距装置沿X轴和Y轴方向旋转，激光束轴线方向为Z轴，当测得距离接近炮孔实际深度值时，确定该方向为炮孔轴线方向；

3)依据确定的炮孔中心位置和炮孔轴线方向，调整装药管位姿并将其送到相应位置；

所述的用于深孔装药的炮孔位姿识别方法采用的装置，包括夹持机构、激光测距装置、深度摄像头，所述激光测距装置和深度摄像头固定在夹持机构上；

所述夹持机构包括夹爪、连杆、螺母、丝杠、连接块、连接法兰、支撑板、电机、齿轮机构，所述夹爪与连杆铰接，所述连杆与螺母铰接，所述螺母螺接在丝杠上，所述丝杠通过轴承安装在连接块中，所述支撑板固定在连接块的上下两端，所述电机与支撑板固定连接，所述丝杠通过齿轮机构与电机传动连接，连接块通过连接法兰连接机器人，深度摄像头和激光测距装置安装在支撑板上方。

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