カンチレバー式ロードヘッダーの位置検出は、総合的な掘削面の自動化の基礎であり、前提条件である。 ロードヘッダーの安定で信頼できるリアルタイムの位置を獲得してこそ、この上での総合的な掘削面の自動化と知能化を実施することができる。
西安電子科技大学電気機械工程学院の研究チームは、地下総合掘削切羽の生産効率を向上させるため、レーザー光源として地下鉱山用防爆レーザーポインターを使用し、ロードヘッダー上に三次元レーザーターゲットを設置することにより、地下の既存の建設工程と設備を大幅に調整することなく、片持ちロードヘッダーのリアルタイム位置検出の需要を満たすことのできる、マシンビジョンと傾斜センサーに基づく片持ちロードヘッダー位置検出システムを提案する。 三次元レーザーターゲットをロードヘッダーに搭載することで、既存の坑内建設工程と設備を大幅に調整することなく、片持ち梁ロードヘッダーのリアルタイム位置検出の需要を満たすことができる。 同時に、一連の実験を通じて、本方式の有効性と信頼性を検証する。
傾斜センサーデータのフィルタリング実験
位置検出システムの2つの主要な情報入力源の1つとして、傾斜センサーによって測定されたリアルタイムの角度データの精度と安定性は、最終的な出力位置データの正しさに直接影響する。
実験では、NOKOVモーションキャプチャシステムの傾斜データをベンチマークとして、フィルタリング前後の傾斜センサデータを比較した。その結果、カルマンフィルタリング使用前後の運動過程における傾斜センサの角度誤差は大幅に減少しており、カルマンフィルタリング法はリアルタイム角度計測過程の必要性と有効性を持っていることがわかった。
Y軸まわりの回転角度誤差
位置検出システム屋内実験
研究チームが位置検出システムを設計した主な目的は、道路設計軸に対するカンチレバー型ロードヘッダーの5つの位置パラメータ（たわみ角、ピッチ角、ロール角、横偏差、縦偏差）をリアルタイムで検出することである。 位置検出システムの屋内実験部分において、研究チームは、NOKOVモーションキャプチャシステムによってグローバル座標系で測定された屋内実験プロトタイプの位置をベンチマークとして、屋内プロトタイプのレーザーターゲットのこれら5つの位置パラメータを評価・分析し、位置検出システムが出力する位置データの正しさをチェックした。
グローバル座標系のキャリブレーションとレーザーターゲット上のマークポイントの配置
室内実験の統計と分析
実験の結果、位置検出システムを搭載した屋内プロトタイプの角度測定誤差は約0.1°、偏差測定誤差は2m以内で約0.2mmであった。 次に、屋内実験プロトタイプの小さなモデル誤差を実際の作業環境に換算し、偏差測定誤差と照射距離が直線関係にあると仮定すると、200mの距離内でのシステムの偏差測定誤差は約4.8mmであり、実用的な場面で要求される測定精度を満たしている。
参考文献
张世雄. 基于机器视觉和倾角传感器的位姿检测系统及验证[D].西安电子科技大学,2021.DOI:10.27389/d.cnki.gxadu.2021.000178.
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