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基于双目视觉的钢拱架定位技术研究
| 论文题名： | 基于双目视觉的钢拱架定位技术研究 |
| 关键词： | 隧道施工;钢拱架定位;双目视觉;图像处理;空间直线重建 |
| 摘要： | 岩石隧道掘进机挖掘隧道过程中，需及时地将弧形钢拱架拼装成环形结构，以支撑隧道围岩，防止坍塌事故的发生。目前人工辅助拼装钢拱架的作业方式存在效率低、危险性高等问题。因此，本文对钢拱架视觉定位技术进行了研究，开发一套基于双目视觉的钢拱架定位系统，配合机械手抓取钢拱架进行自动化拼装。 本文的主要研究内容如下： (1)分析钢拱架结构特点和拼装方式，设计了以铰接孔和棱边作为测量特征的双目视觉定位方案；根据钢拱架定位精度需求，对钢拱架定位系统硬件进行选型与集成。 (2)对比多种图像滤波算法，根据算法效率和细节保留能力选择高斯滤波进行钢拱架图像滤波处理；提出了一种基于掩膜的多目标模板匹配算法，能有效地检测出钢拱架图像中的左右铰接孔感兴趣区域；为了分割铰接孔与孔内背景，提出了一种基于面积占比的自适应阈值算法，并通过实验证明该算法的鲁棒性优于最大类间方差法。 (3)对空间直线重建进行了误差仿真，分析了图像直线特征提取误差对空间直线重建的影响，为提高钢拱架棱边测量精度提供指导；提出了一种基于空间几何的空间圆定位改进算法，解决了空间圆定位存在双重解的问题，提高了空间圆定位算法的实用性。 (4)开发钢拱架定位软件，编程实现图像采集、钢拱架特征提取和钢拱架位姿计算等功能；设计钢拱架定位实验，验证本文钢拱架定位算法精度。 实验结果表明，钢拱架铰接孔特征在成像平面方向和深度方向的测量精度分别为±0.1mm和±0.2mm；钢拱架棱边交点坐标测量精度为±0.03mm，棱边方向测量精度在1°以内。满足钢拱架自动化拼接要求。 |
| 作者： | 黄海 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 朱国力 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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