张旭辉， 谢楠， 张超， 杨文娟， 张楷鑫， 周创

(1.西安科技大学 机械工程学院， 陕西 西安 710054；2.陕西省矿山机电装备智能监测重点实验室， 陕西 西安 710054)

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近年来，随着煤矿综采技术装备快速发展，开采任务量成倍增长，采掘失衡问题尤为突出[1-2]，掘进装备智能化问题亟待解决。由于井下环境复杂，存在粉尘、噪声等，在截割过程中掘进机司机难以准确判断截割头位置，导致巷道断面成形质量差等问题[3-4]。因此，研究掘进机截割头位姿精确测量，实现复杂工况下井下设备的局部定位，对于提高巷道断面成形质量和掘进工作效率具有重要意义。

悬臂式掘进机截割头位姿检测方法主要包括接触式和非接触式2种，其中接触式测量方式应用广泛，取得了一定效果，但易受井下振动等工况影响，造成传感器数据不稳甚至失效[5-8]。视觉测量是一种非接触式测量方法，利用光学成像原理和位姿解算模型实现目标物体的姿态求解，具有价格低、便于安装标定的特点，用于设备局部定位具有较大优势[9-10]。文献[11]提出了一种基于红外LED特征的悬臂式掘进机截割头位姿视觉测量方法，通过相机采集红外标靶特征，实现了截割头姿态的实时解算和可视化显示。但在实际应用过程中，巷道环境、测量方法、标定参数误差、图像特征提取精度等都会对视觉测量结果产生影响[12]。

工业相机外参标定稳定性对视觉测量精度具有重要影响。在悬臂式掘进机截割头位姿视觉测量系统中，外参标定即求取相机与掘进机机体之间的位姿关系，确定相机坐标系与掘进机基坐标系的相对位置，从而为截割头位姿解算奠定基础。……