(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202210626930.2 (22)申请日 2022.06.06 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114705682 A (43)申请公布日 2022.07.05 (73)专利权人 东北大学 地址 110819 辽宁省沈阳市和平区文化路 三号巷11号 (72)发明人 赵兴东　秦绍龙　白夜　武桐　 代碧波　张武　 (74)专利代理 机构 沈阳东大知识产权代理有限 公司 21109 专利代理师 李珉 (51)Int.Cl. G01N 21/84(2006.01)G01N 21/01(2006.01) 审查员 李双浩 (54)发明名称 一种岩体结构智能视 觉探测识别成像装置 (57)摘要 本发明提供一种岩体结构智能视觉探测识 别成像装置， 涉及岩石工程技术领域。 该装置包 括智能视觉探测仪、 五轴机械臂、 运动控制器和 上位机； 智 能视觉探测仪安装在五轴机械臂上， 对各种环境下任意空间岩石工程的岩体结构进 行360°全方位视觉探测， 并将探测结果传输到 上 位机； 运动控制器用于控制五轴机械臂的运动， 进而带动智能视觉探测仪对任意空间岩石工程 的岩体结构进行360 °全方位视觉探测； 上位机内 置识别成像系统， 根据智能视觉探测仪的探测结 果进行岩体结构识别成像。 该装置能够对各种环 境下任意维度空间岩石工程的岩体结构进行智 能视觉探测， 采集岩体结构信息， 实现岩体结构 的智能、 快速、 多维度、 高精度、 实时的探测识别 成像。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 114705682 B 2022.09.13 CN 114705682 B 1.一种岩体结构智能视觉探测 识别成像装置， 其特征在于： 包括智能视觉探测仪、 五轴 机械臂、 运动控制器和上位机； 所述智能视觉探测仪安装在五轴机械臂上， 对各种环境下任 意空间岩石工程的岩体结构进行360 °全方位视觉探测， 并将探测结果传输到上位机； 所述 运动控制器用于控制五轴机械臂的运动， 进而带动智能视觉探测仪对任意空间岩石工程的 岩体结构进行360 °全方位视觉探测； 所述上位机内置识别成像系统， 根据智能视觉探测仪 的探测结果进行岩体结构识别成像； 所述智能视觉探测仪包括线激光雷达立体视觉相机、 线激光雷达辅助器、 三轴陀螺仪 和通讯模块； 线激光雷达辅助器型号为VZ ‑ZHL‑3000G； 所述线激光雷达立体视觉相机和线 激光雷达辅助器沿岩体结构逐帧扫描， 获得岩体结构的点云数据图像； 所述三轴陀螺仪分 别与激光雷达立体视觉相 机和线激光雷达辅助器定位连接， 感知空间位置， 为激光雷达立 体视觉相机和线激光雷达辅助器提供 空间位置坐标； 线激光雷达立体视觉相机获得的岩 体 结构的点云数据图像和线激光雷达辅助器获得 的点云数据图像均通过通讯模块传输到上 位机， 上位机通过线激光雷达辅助器采集的点云数据图像对线激光雷达立体视觉相机采集 的点云数据图像进行补充校正， 获得优质的岩体结构点云数据。 2.根据权利要求1所述的一种岩体结构智能视觉探测 识别成像装置， 其特征在于： 所述 线激光雷达立体视觉相 机依据与所测岩体结构间距离， 动态调整视觉相 机焦距， 确保探测 数据质量， 视 觉相机焦距调整范围为5 5mm‑600mm， 测量景深为15 0mm‑5000mm。 3.根据权利要求1所述的一种岩体结构智能视觉探测 识别成像装置， 其特征在于： 所述 五轴机械臂能够搭载多种平台， 包括依次连接的底座、 基座、 第一支撑臂、 连接臂、 第二支撑 臂、 第三支撑臂、 伸缩臂和前端连接盘； 所述第一支撑臂设置有水平转动电机， 用于带动第 一支撑臂水平转动； 所述连接臂设置有第一转动电机， 用于实现连接臂相对于第一支撑臂 转动； 所述第二支撑臂设置有第二转动电机， 用于实现第二支撑臂相对于连接臂 转动， 所述 伸缩臂设置有旋转电机， 用于带动伸缩臂旋转， 旋转电机安装在第二支撑臂远离连接臂的 一端； 所述第三支撑臂与旋转电机连接， 第三支撑臂带动伸缩臂相对于第二支撑臂 转动； 第 一支撑臂、 连接臂、 第二支撑臂和第三支撑臂依次采用转轴实现转动连接； 底 座与基座以及 伸缩臂与前端连接盘均采用插销式连接； 前端连接盘与智能视觉探测仪连接； 所述基座内 部设置有电源模块和WIFI通讯模块； 所述电源模块为五轴机械臂内所有用电设备供电； 五 轴机械臂的每个轴部均设置有姿态感知传感器， 用于采集各轴部的姿态数据， 并通过WIFI 通讯模块传输 到运动控制器。 4.根据权利要求3所述的一种岩体结构智能视觉探测 识别成像装置， 其特征在于： 所述 五轴机械臂的机械臂端头上下移动范围为0.5m ‑3.5m， 能够绕水平 转动电机转动360 °， 实现 任意空间探测， 防护等级为 IP67。 5.根据权利要求3所述的一种岩体结构智能视觉探测 识别成像装置， 其特征在于： 所述 水平转动电机、 第一转动电机和第二转动电机均采用步进电机， 步进电机编码器精度为 0.01°， 能够360°旋转。 6.根据权利要求3所述的一种岩体结构智能视觉探测 识别成像装置， 其特征在于： 所述 姿态感知 传感器的角度分辨 率为0.01°， 俯仰倾斜范围为 ±85°， 输出速率 为10Hz‑500Hz。 7.根据权利要求3所述的一种岩体结构智能视觉探测 识别成像装置， 其特征在于： 所述 旋转电机采用伺服电机， 驱动伸缩臂3 60°转动， 所述伸缩臂的自由伸缩范围为0m ‑1m。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114705682 B 28.根据权利要求3所述的一种岩体结构智能视觉探测 识别成像装置， 其特征在于： 所述 前端连接盘与智能视 觉探测仪定位强磁连接 。 9.根据权利要求3所述的一种岩体结构智能视觉探测 识别成像装置， 其特征在于： 所述 运动控制器包括控制板和通讯系统， 控制板通过通讯系统与五轴机械臂各轴部 设置的各姿 态感知传感器实时通讯， 协调控制五轴机械臂的多自由度运动； 所述通讯系统的输出速率 为10Hz‑500Hz， 频率响应时间为0.0 01s。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114705682 B 3