[发明专利]基于机器人的工作面液压支架姿态和直线度检测装置及方法

权利要求书

1.一种基于机器人的工作面液压支架姿态和直线度检测装置，其特征在于：包括行走装置，安装在首架以及尾架底座上的固定参考基准激光发射装置，安装在行走装置上部的检测作业装置，安装在行走装置内部的控制通讯系统和电源系统以及安装在行走装置前后的激光雷达导航装置；所述的检测作业装置包括底板（34）、激光接收板（6）、特征轮廓扫描装置（5）、漫反射板（31）、摄像头（32）和气体浓度检测传感器（33），底板（34）两端安装有两块平行设置且高低不同的激光接收板（6），高度低的激光接收板（6）下部安装有特征轮廓扫描装置（5），另一块激光接收板（6）从上到下一次安装有漫反射板（31）、摄像头（32）和气体浓度检测传感器（33）；所述的固定参考基准激光发射装置包括控制器（41）、活动面板（42）、激光测距仪（43）、固定边框（44）和参考激光束发射器（45），固定边框（44）上安装有控制器（41），固定边框（44）内部安装有活动面板（42），固定边框（44）上部安装有控制活动面板（42）移动的活动面板调整装置（46），活动面板（42）上安装有两个参考激光束发射器（45），两个参考激光束发射器（45）之间设置有激光测距仪（43），控制器（41）控制活动面板调整装置（46）、参考激光束发射器（45）和激光测距仪（43）。

2.一种如权利要求1所述的基于机器人的工作面液压支架姿态和直线度检测装置的检测方法，其特征在于：包括以下步骤

S100～首先让安装在首架上的固定参考基准激光发射装置开始工作，利用两点决定一条直线原理，控制器控制调整装置调好活动面板的方向并发出激光束，然后开始让本装置在液压支架上从第二架开始依次移动；

S200～在移动过程中，利用两个平行激光接收板接收两束激光的坐标以及从固定参考基准激光发射装置测到的机器人距离，确定机器人相对固定参考基准的姿态，同时利用特征轮廓扫描仪，测得代表液压支架姿态的特征表面形状，从而计算出待测支架相对扫描仪的相对位置，得到每个液压与固定参考基准的相对姿态及所测支架的直线度；

S300～液压支架姿态及直线度具体计算模型如下，支架共有N+1架，选取液压支架底座上一个特征轮廓中的特征点为统一测量点，上行时，编号为0的首架为固定参考基准，设其坐标为绝对零点T₀=（a₀，b₀，c₀，d₀，e₀，f₀）=（X移，Y移，Z移，X转，Y转，Z转）=（0，0，0，0，0，0）；下行时，编号为N的尾架为固定参考基准；

第一步，测量移动机器人上扫描仪相对首架特征点坐标：首先开启固定基准参考激光发射装置并发射出两束形状均为十字形的平行激光，同时其上的激光测距仪开始检测行走装置与首架的距离值并通过无线方式向机器人发射；当行走装置行走到编号为1的待测支架上并调整好位置时，用自身携带的两个平行激光接收板测量两束激光在其上的坐标，同时接收激光测距仪发来的距离值，通过三平面投影及解平面三角形等几何推算，得出扫描仪相对首架特征原点的坐标T₁’=（a₁’，b₁’，c₁’，d₁’，e₁’，f₁’）；

第二步，在测量扫描仪空间位置的同时测量编号为1的待测支架上特征点相对扫描仪的坐标，利用三维扫描仪扫描出特征轮廓的空间位置和形状，然后根据其位置和形状提取出特征点相对于扫描仪的坐标T₁’’=（a₁’’，b₁’’，c₁’’，d₁’’，e₁’’，f₁’’）；

第三步，计算待测支架的姿态和直线度，待测支架1的姿态为T₁=（a，b，c，d，e，f）=（a₁’，b₁’，c₁’，d₁’，e₁’，f₁’）+（a₁’’，b₁’’，c₁’’，d₁’’，e₁’’，f₁’’）= T₁’+ T₁’’，待测支架i的姿态为T_i= T_i’+T_i’’；整个支架群(0—N)的直线度为f_水平=max(b₀~b_N)- min(b₀~b_N)，f_垂直=max(c₀~c_N)- min(c₀~c_N)；

S400～工作面巡检，安装在检测作业机构上的摄像头和气体浓度传感器时时把工作面各设备图像信息和气体浓度信息传递给地面工作人员，以监测工作面各设备运行情况。