煤矿机器人视觉系统除尘方法研究

发布时间：2021-06-24 08:44

　　为提高煤矿机器人视觉系统在井下高粉尘、高湿度等恶劣工况下的图像采集质量,提出了一种视觉镜头自揭膜和自动清洗综合除尘方法,为视觉系统的视窗自动清洁提供了新思路。采用在视窗表面覆盖透光隔膜的防尘原理,通过巧妙的机械结构设计实现覆膜的自动揭除和镜头视窗的除尘自清洁,充分考虑揭膜装置的防爆设计要求,开展了揭膜除尘系统的虚拟样机设计,系统可根据相机曝光量和图像采集质量自动计算当前镜头的清洁度,判断是否执行揭膜除尘动作。同时考虑在揭膜除尘失效的情况下,辅以煤矿机器人镜头喷淋除尘方法,设计了自动清洗除尘系统的总体架构,机器人通过镜头污染度自动判别算法,确定镜头喷淋清洗策略,通过自主循迹、自动定位等技术,实现喷淋清洗系统与机器人镜头的对接和清洗动作。初步试验研究表明:通过对机器人视觉系统获取的图像进行在线灰度直方图分析,可实时自动判断图像劣化程度,启动视觉系统除尘清洁装置,能够有效提高机器人视觉系统图像拍摄质量,为煤矿机器人井下导航、定位、巡检作业等提供技术保障。 

【文章来源】：煤炭科学技术. 2020,48(07)北大核心CSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

揭膜自清洁防爆摄像装置结构

视觉系统揭膜除尘自动模式的工作流程如图2所示。首先移动机器人的防爆摄像机采集矿井环境的图像，并将采集到的图像发送到控制器处;然后控制器分析采集到的图像，从而得到当前图像的能见度T;其次，比较当前图像的能见度T和预设阈值A，如果当能见度小于预设阈值，则表明需要更换透光防尘膜，否则等待下一次分析对比;最后，控制器向驱动器发送需要更换透光防尘膜的PWM信号，同时记录曾经的发送次数N，当向驱动器发送的PWM信号次数小于3时，则控制驱动电动机旋转，电动机带动三叉戟钩爪旋转120°，旋转过程中勾住与三叉戟钩爪匹配的透光防尘膜的拉环，在三叉戟钩爪旋转的作用下撕下当前透光防尘膜，从而完成视窗清洁;当检查发送的PWM信号次数等于3时，则发出透光防尘膜用尽警告，结束整个流程。2 视觉系统自动清洗除尘系统

设计的煤矿机器人视觉镜头自动清洗系统结构，包括煤矿机器人、定位标签、电磁阀、供水管路以及清洗模块等，如图3所示。通过在巷道中设置供水管路，并在供水管路的不同位置设置多个带有电磁阀的喷头，在每个喷头的正下方设置清洗区域范围。在机器人的壳体上贴有定位标签[19]，此定位标签中存储了机器人的相关信息和定位标签自身的标识信息，用于反馈机器人所在的位置信息。在每个喷头附近的巷道壁上安装多个阅读器[20]，通过无线射频的方式对定位标签信息进行读取，读取的信息经过电脑控制器分析得出结果，通过结果判断出机器人所在位置最近的清洗区域，然后机器人移动到最近的清洗区域调整位姿进行镜头与喷头的对准清洗。在镜头的前端内置电加热系统，当镜头由于喷洗导致表面水雾积聚时，自动启动除水雾功能，确保喷洗后视觉系统的图像质量。

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ARM的煤矿防尘监控分站的设计[J]. 张强.  电子设计工程. 2019(06)
[2]基于机器视觉的手机屏幕缺陷检测系统研究[J]. 彭赶,张平,潘奕创.  自动化技术与应用. 2018(09)
[3]矿用隔爆型圆筒形开关壳体设计[J]. 鱼永平.  装备制造技术. 2018(03)
[4]基于RFID覆盖扫描的标签定位方法[J]. 李强,王玫,刘争红.  计算机工程. 2017(03)
[5]煤矿坑道钻机机载除尘系统研制[J]. 邵俊杰.  煤炭工程. 2016(03)
[6]煤矿探测机器人导航环境可通过性评价研究[J]. 田丰,方海峰,李允旺,王勇.  煤矿机械. 2014(09)
[7]基于视觉导航技术人形机器人的行走和爬行研究[J]. 宋莹莹,王宏民.  煤矿机械. 2012(11)
[8]矿用气动湿式孔口除尘器的研发及应用[J]. 郭胜均.  煤炭科学技术. 2012(05)
[9]煤层钻孔孔口除尘装置的设计与实验研究[J]. 卢义玉,王洁,蒋林艳,康勇,夏彬伟.  煤炭学报. 2011(10)
[10]新型孔口除尘器研究及应用[J]. 陈颖兴,张小涛.  煤矿安全. 2011(04)

硕士论文
[1]基于WIFI的井下移动智能信息系统研究[D]. 胡瑞.河南理工大学 2012



本文编号：3246773