【摘要】：在隧道掘進(jìn)過(guò)程中,需要將鋼拱架拼接成環(huán)對(duì)已挖掘出的隧道部分進(jìn)行支撐�，F(xiàn)階段施工現(xiàn)場(chǎng)都是使用人工觀測(cè)、手動(dòng)調(diào)整的方式對(duì)鋼拱架進(jìn)行拼接,這種方式費(fèi)時(shí)費(fèi)力,且不能保證拼接精度。本文選取雙目視覺(jué)測(cè)量作為技術(shù)手段,主要研究了鋼拱架自動(dòng)拼接系統(tǒng)中的鋼拱架位姿測(cè)量技術(shù)。本文的主要研究?jī)?nèi)容有:1)根據(jù)課題需求,設(shè)計(jì)了雙目視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)。通過(guò)計(jì)算確定了系統(tǒng)中各結(jié)構(gòu)參數(shù),進(jìn)行了系統(tǒng)硬件的選型,根據(jù)雙目視覺(jué)測(cè)量原理設(shè)計(jì)了測(cè)量算法流程;2)分析了相機(jī)成像模型以及相機(jī)標(biāo)定原理,并選用張正友法對(duì)雙目相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定;3)本文選用鋼拱架連接板上的螺栓孔圓心作為特征點(diǎn),研究了圖像中特征點(diǎn)的提取算法。在研究比較現(xiàn)有算法的基礎(chǔ)上,提出了基于橢圓特征的通孔識(shí)別算法,優(yōu)化判別條件的改進(jìn)區(qū)域生長(zhǎng)法,和基于RANSAC算法的橢圓擬合算法,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了算法的可行性;4)基于提取的特征點(diǎn)坐標(biāo),分析了鋼拱架整體位姿的描述方法。對(duì)于兩組鋼拱架姿態(tài),推導(dǎo)了均方差最小的姿態(tài)轉(zhuǎn)換矩陣的計(jì)算方法;5)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了精度分析,驗(yàn)證了本文測(cè)量方案的可行性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)連接板與相機(jī)成像面偏轉(zhuǎn)角度不超過(guò)本方案設(shè)計(jì)的偏轉(zhuǎn)角度35~°時(shí),本方案在平面方向的測(cè)量精度為0.2mm,縱深方向的測(cè)量精度為0.6mm,該結(jié)果滿(mǎn)足課題需求。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TP391.41;U455.4
【圖文】：

1. 緒論背景及意義題來(lái)源是：國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目《面向 TBM 施工的機(jī)器人智能作業(yè)系 SQ2017YFB130252)中的子課題《鋼拱架安裝機(jī)器人感知與控制號(hào) 2017YFB1302602）。隧道掘進(jìn)機(jī)（TunnelBoringMachine，簡(jiǎn)稱(chēng) TBM）是用于隧道挖掘?qū)Ｓ么笮凸こ虣C(jī)械[1]，是實(shí)施《中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》、“一帶一路”路網(wǎng)建設(shè)的重大核心裝備�，F(xiàn)階段，人工操作機(jī)械作業(yè)引起的支護(hù)不穩(wěn)定是造成塌方事故的主要原因，這嚴(yán)重制約了 TBM 的全面推

圖 1-2 成環(huán)的鋼拱架計(jì)劃以自動(dòng)化機(jī)械臂代替人工，實(shí)現(xiàn)鋼拱架的全自動(dòng)化抓取、在自動(dòng)抓取、拼接的過(guò)程中，需要實(shí)時(shí)測(cè)量鋼拱架的位姿參數(shù)進(jìn)行反饋調(diào)整。本文主要研究鋼拱架位姿測(cè)量技術(shù)，由于需要物體的三維空間位姿，且施工環(huán)境復(fù)雜惡劣，鋼拱架本體需要文選用非接觸式的雙目視覺(jué)測(cè)量作為技術(shù)手段。外研究現(xiàn)狀動(dòng)拼接技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀接技術(shù)經(jīng)常應(yīng)用于在航空航天、機(jī)械制造、橋梁工程等大型工前所使用的拼接系統(tǒng)大多是以人工操作的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)[8]，即通過(guò)

2. 總體方案設(shè)計(jì)結(jié)合項(xiàng)目任務(wù)說(shuō)明書(shū)上對(duì)于項(xiàng)目的需求，設(shè)計(jì)布置一套基于雙目視覺(jué)的鋼拱架位姿測(cè)量方案，確定方案中的各項(xiàng)結(jié)構(gòu)參數(shù)，并確定相關(guān)硬件選型以及算法流程。2.1. 研究目標(biāo)鋼拱架兩端焊接有連接板，連接板上鉆有若干個(gè)通孔（本項(xiàng)目中為 4 個(gè)通孔），如圖 2-1。在拼接過(guò)程中，鋼拱架與鋼拱架之間的連接，是通過(guò)螺栓連接兩個(gè)連接板上相對(duì)應(yīng)的通孔。因此，螺栓孔是否對(duì)齊則是評(píng)判鋼拱架能否正確拼接的重要評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。本文選取連接板上的 4 個(gè)螺栓通孔的圓心作為特征點(diǎn)，先分別計(jì)算 4 個(gè)圓心的空間三維坐標(biāo)，然后以此計(jì)算鋼拱架整體的空間姿態(tài)。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2800334