【摘要】：在隧道掘進過程中,需要將鋼拱架拼接成環(huán)對已挖掘出的隧道部分進行支撐。現(xiàn)階段施工現(xiàn)場都是使用人工觀測、手動調(diào)整的方式對鋼拱架進行拼接,這種方式費時費力,且不能保證拼接精度。本文選取雙目視覺測量作為技術(shù)手段,主要研究了鋼拱架自動拼接系統(tǒng)中的鋼拱架位姿測量技術(shù)。本文的主要研究內(nèi)容有:1)根據(jù)課題需求,設(shè)計了雙目視覺測量系統(tǒng)。通過計算確定了系統(tǒng)中各結(jié)構(gòu)參數(shù),進行了系統(tǒng)硬件的選型,根據(jù)雙目視覺測量原理設(shè)計了測量算法流程;2)分析了相機成像模型以及相機標定原理,并選用張正友法對雙目相機進行標定;3)本文選用鋼拱架連接板上的螺栓孔圓心作為特征點,研究了圖像中特征點的提取算法。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別算法,優(yōu)化判別條件的改進區(qū)域生長法,和基于RANSAC算法的橢圓擬合算法,并通過實驗驗證了算法的可行性;4)基于提取的特征點坐標,分析了鋼拱架整體位姿的描述方法。對于兩組鋼拱架姿態(tài),推導(dǎo)了均方差最小的姿態(tài)轉(zhuǎn)換矩陣的計算方法;5)設(shè)計實驗,并對實驗結(jié)果進行了精度分析,驗證了本文測量方案的可行性。實驗結(jié)果表明,當(dāng)連接板與相機成像面偏轉(zhuǎn)角度不超過本方案設(shè)計的偏轉(zhuǎn)角度35~°時,本方案在平面方向的測量精度為0.2mm,縱深方向的測量精度為0.6mm,該結(jié)果滿足課題需求。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP391.41;U455.4
【圖文】：

1. 緒論背景及意義題來源是：國家重點研發(fā)項目《面向 TBM 施工的機器人智能作業(yè)系 SQ2017YFB130252)中的子課題《鋼拱架安裝機器人感知與控制號 2017YFB1302602）。隧道掘進機（TunnelBoringMachine，簡稱 TBM）是用于隧道挖掘?qū)Ｓ么笮凸こ虣C械[1]，是實施《中長期鐵路網(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，人工操作機械作業(yè)引起的支護不穩(wěn)定是造成塌方事故的主要原因，這嚴重制約了 TBM 的全面推

圖 1-2 成環(huán)的鋼拱架計劃以自動化機械臂代替人工，實現(xiàn)鋼拱架的全自動化抓取、在自動抓取、拼接的過程中，需要實時測量鋼拱架的位姿參數(shù)進行反饋調(diào)整。本文主要研究鋼拱架位姿測量技術(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測量作為技術(shù)手段。外研究現(xiàn)狀動拼接技術(shù)國內(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實現(xiàn)[8]，即通過

2. 總體方案設(shè)計結(jié)合項目任務(wù)說明書上對于項目的需求，設(shè)計布置一套基于雙目視覺的鋼拱架位姿測量方案，確定方案中的各項結(jié)構(gòu)參數(shù)，并確定相關(guān)硬件選型以及算法流程。2.1. 研究目標鋼拱架兩端焊接有連接板，連接板上鉆有若干個通孔（本項目中為 4 個通孔），如圖 2-1。在拼接過程中，鋼拱架與鋼拱架之間的連接，是通過螺栓連接兩個連接板上相對應(yīng)的通孔。因此，螺栓孔是否對齊則是評判鋼拱架能否正確拼接的重要評判標準。本文選取連接板上的 4 個螺栓通孔的圓心作為特征點，先分別計算 4 個圓心的空間三維坐標，然后以此計算鋼拱架整體的空間姿態(tài)。

【參考文獻】

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本文編號：2800334