技术特征：
1.一种基于双矢量的煤矿掘进机姿态测量方法，所述姿态测量方法基于倾斜仪、双目相机和激光器，所述倾斜仪、双目相机设置在掘进机上；所述激光器沿隧道设计轴线，其特征在于：所述姿态测量方法包括如下步骤：步骤1、倾斜仪坐标系s下，按照所述倾斜仪的x、y轴输出建立重力矢量模型g
s
：其中：重力矢量的俯仰角β”和滚转角γ”；步骤2、在所述双目相机中的左相机坐标系c下计算光矢量，并通过坐标系变换，计算建立倾斜仪坐标系s下光矢量模型：其中：为旋转矩阵，l
c
为左相机坐标系下的光平面交线；步骤3、根据所述重力矢量模型和所述光矢量模型建立参考坐标系d，通过双矢量定姿算法解算倾斜仪坐标系与施工坐标系之间的姿态变换矩阵，从而得到掘进机在施工坐标系n下的姿态角，包括方位角α、俯仰角β和滚转角γ：其中：为施工坐标系n与倾斜仪坐标系s之间的姿态变换矩阵。2.根据权利要求1所述的一种基于双矢量的煤矿掘进机姿态测量方法，其特征在于：所述步骤1中通过所述倾斜仪的x、y轴输出建立重力矢量模型g
s
过程：201、设倾斜仪x、y轴的输出分别为γ'、β'；根据坐标系的定义，重力矢量的俯仰角β”和滚转角γ”分别为：202、根据重力矢量的俯仰角β”和滚转角γ”建立重力矢量模型。3.根据权利要求1所述的一种基于双矢量的煤矿掘进机姿态测量方法，其特征在于：所述步骤2中通过所述双目相机在左相机坐标系c下之间变换计算建立光矢量模型过程：301、根据所述双目相机的光心分别与拍摄到的所述激光器投射的激光线段按照霍夫变换算法获得指示激光参数；所述指示激光参数为离散化的(ρ,θ)曲线，其中：ρ为坐标系原点到直线的最短距离，θ为x轴与连接原点和最近点直线之间的夹角；302、将所述指示激光参数利用相机投影模型转换到左、右相机坐标系下，结合左、右相机光心，分别建立左相机坐标系下左光平面和右相机坐标系下右光平面的平面方程，得到左相机坐标系下的左光平面的法向量n
lc
和右相机坐标系下的右光平面的法向量n
lr
；303、按照如下公式将右光平面的法向量统一左相机坐标系c下：
其中，n
rc
为左相机坐标系下右光平面的法向量，为左相机坐标系和右相机坐标系之间的姿态变换矩阵，(n
lr
)
t
为n
lr
的转置；304、根据左相机坐标系c下左、右光平面的法向量按如下公式求解交线：l
c
＝n
lc
×
n
rc
其中，l
c
为左相机坐标系下的光矢量；305、结合倾斜仪坐标系s与左相机坐标系c之间的旋转矩阵建立光矢量模型。4.根据权利要求1所述的一种基于双矢量的煤矿掘进机姿态测量方法，其特征在于：步骤3中所述得到掘进机在施工坐标系n下的姿态角过程，包括如下步骤：401、根据所述重力矢量模型和所述光矢量模型建立参考坐标系d，其在倾斜仪坐标系s下的正交坐标基为：402、倾斜仪坐标系s到参考坐标系d的姿态变换矩阵为：其中，a
t
为a的转置，b
t
为b的转置，c
t
为c的转置，(a
t
,b
t
,c
t
)
t
为(a
t
,b
t
,c
t
)的转置；403、根据所述重力矢量模型和所述光矢量模型建立参考坐标系d，其在施工坐标系n下的正交坐标基为：404、施工坐标系n到参考坐标系d的姿态变换矩阵为：其中，a
t
为a的转置，b
t
为b的转置，c
t
为c的转置，(a
t
,b
t
,c
t
)
t
为(a
t
,b
t
,c
t
)的转置；405、根据倾斜仪坐标系s到参考坐标系d的姿态变换矩阵和施工坐标系n到参考坐标系d的姿态变换矩阵获得倾斜仪坐标系s相对于施工坐标n系的姿态变换矩阵d的姿态变换矩阵获得倾斜仪坐标系s相对于施工坐标n系的姿态变换矩阵其中，为矩阵的逆；406、通过倾斜仪坐标系s相对于施工坐标系n的姿态变换矩阵得到掘进机在施工坐标系n下的姿态角，包括方位角α、俯仰角β和滚转角γ。
技术总结
本发明公开了一种基于双矢量的煤矿掘进机姿态测量方法，所述姿态测量方法基于倾斜仪、双目相机和激光器，所述倾斜仪、双目相机设置在掘进机上；所述激光沿隧道设计轴线，步骤1、倾斜仪坐标系s下，按照所述倾斜仪输出的x、y轴建立重力矢量模型g
技术研发人员：黄喆 徐叶倩 祝凤娟 沈小玲 赵世艺 李佳雄 王浩森
受保护的技术使用者：天津科技大学
技术研发日：2022.09.08
技术公布日：2023/3/24