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申请/专利权人：中国煤炭科工集团太原研究院有限公司;山西天地煤机装备有限公司;煤炭科学研究总院

摘要：本发明属于锚杆机器人钻孔定位技术领域，具体是一种基于激光扫描仪的矿井巷道顶板钢带钻孔定位系统及方法，方法包括以下步骤：S1、通过激光扫描仪对巷道顶板钢带进行采样得到采样云点信息；S2、利用kd树法对采样云点信息进行边界提取得到边界云点；S3、根据欧式距离聚类分割算法对边界云点进行分类后通过椭圆拟合提取锚孔边界云点，剔除钢带边界云点，并计算锚孔边界云点对应的拟合椭圆的中心坐标、长轴和短轴；S4、通过拟合椭圆的中心附近的云点计算得到钻孔平面，并将椭圆中心转化到钻孔平面得到钻孔中心三维坐标；S5、根据钻孔中心三维坐标，控制钻臂进行锚杆支护作业。本发明定位精度高，可以实现锚护机器人作业自动化。

主权项：1.一种基于激光扫描仪的矿井巷道顶板钢带钻孔定位方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、通过激光扫描仪对巷道顶板钢带进行采样得到采样点云信息；S2、利用kd树法对采样点云信息进行边界提取得到边界点云；S3、根据欧式距离聚类分割算法对边界点云进行分类后通过椭圆拟合提取锚孔边界点云，剔除钢带边界点云，并计算锚孔边界点云对应的拟合椭圆的中心坐标、长轴和短轴；S4、通过拟合椭圆中心附近的点云确定钻孔平面，并将椭圆中心转化到钻孔平面得到钻孔中心三维坐标；S5、根据钻孔中心三维坐标，控制钻臂进行锚杆支护作业；步骤S2中，进行边界提取的具体方法为：S201、从采样点云中选取一个点云a，设定k邻域，找到点云a周围最近的k个点的集合作为第一邻域集合，记为，对点a和第一邻域集合内的所有点云进行最小二乘法拟合得到点云a的局部切平面；S202、在点云a的局部切平面上建立平面坐标系，以点云a到切平面投影为坐标原点，与在平面上的投影组成的向量为x轴，局部切平面的法向量与x轴的叉乘为y轴建立第一平面坐标系，将点云a和第一邻域集合内的点全部投影到第一平面坐标系中；S203、在第一平面坐标系中，以点云a的投影a1为顶点，向第一邻域集合内的各个点在第一平面坐标系中的投影作向量，计算任意相邻两个向量之间的夹角，若，则表示点云a为边界点，若，则表示点云a不是边界，表示最大夹角阈值；S204、从采样点云中选取下一个点，重复步骤S201~S203，对所有点云进行判定，得到所有的边界点云集合；步骤S3中，对边界点云进行分类的具体方法为：S301、选取边界点云集合中的任意一点p放入聚类集，利用kd树找到边界点云集合中距离点云p最近的k个点作为第二k邻域合集，记作；计算点云p到第二k邻域集合中的各个点的欧氏距离r，将欧式距离小于聚类分割阈值的点放入聚类集；S302、选取聚类集中的一个点云q，利用kd树找到边界点云集合的剩余点云中，距离点云q最近的k个点作为第三k邻域集合，计算点云q到第三k邻域集合中的各个点的欧氏距离，将欧式距离小于聚类分割阈值的点放入聚类集；S303、选取聚类集中的下一个点云，重复步骤S303，直到聚类集中的点不再增加；S304、在边界点云集合的剩余点云中继续选取任意一点放入聚类集Q2，重复步骤S301~S304，直到聚类集中的点不再增加；S305、重复步骤S304、直至所有边界点云都放入聚类集，最终得到聚类集，T表示聚类集的个数；步骤S4具体包括以下步骤：S401、以拟合椭圆的中心为搜索中心，以拟合椭圆长轴和短轴的均值的m倍为搜索半径，利用kd树结构搜索在此区域的点云集h=1,2,…,H，H表示内点的个数；S402、由点云集h=1,2,…,H进行平面拟合得到钻孔平面，拟合表达式为： ；其中，表示拟合平面参数，拟合得到的钻孔平面方程为；S403、将步骤S3中计算得到的椭圆中心坐标从椭圆拟合平面坐标系转化到钻孔平面坐标系下，得到钻孔中心坐标（x0，y0），钻孔平面坐标系以点云集h=1,2,…,H中任意一点为原点，任意向量为x轴，x轴与该平面法向量的叉乘为y轴；S404、通过钻孔平面方程，计算出钻孔中心三维坐标（）。

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