Anchor rod drill carriage and roadway supporting method thereof

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1至图15所示，本发明实施例的本发明实施例的锚杆钻车的巷道支护方法包括：

S01，利用激光发射器4向煤壁10发射十字圆环形光斑；

S02，利用主摄像机501获取煤壁10上的光斑图像30；

S03，利用图像处理器对光斑图像30进行处理，得到锚杆钻机3的位姿；

S04，利用控制器控制移动臂2移动，以将锚杆钻机3调整至预设位姿；

S05，利用锚杆钻机3进行打锚杆或打锚索作业；

其中，锚杆钻机3的位姿包括锚杆钻机3与煤壁10之间的距离、锚杆钻机3与煤壁10之间的夹角。

本发明实施例的锚杆钻车100包括车架1、锚杆钻机3、激光发射器4、相机检测装置5、图像处理器(图中未示出)和控制器(图中未示出)，锚杆钻机3通过移动臂2与车架1相连，移动臂2用于调整锚杆钻机3的位姿。激光发射器4设在锚杆钻机3上。

激光发射器4能够发射出十字圆环形光斑，十字圆环形光斑包括中心相重合的十字线形光斑和n个圆形光斑，其中，n为大于等于2的整数。相机检测装置5设在车架1上，相机检测装置5包括主摄像机501，主摄像机501用于获取十字圆环形光斑照射在煤壁10上的光斑图像30。图像处理器设在车架1上，图像处理器与主摄像机501信号连接，以根据光斑图像30得到锚杆钻机3的位姿。移动臂2和图像处理器均与控制器信号连接。其中，煤壁10可以看做是一个平面。

本领域技术人员已知的是，激光发射器4发出的十字圆环形光斑固定的，当激光发射器4的激光发射方向垂直于煤壁10，且激光发射器4与煤壁10之间的距离不同时，激光发射器4发出的十字圆环形光斑照射在煤壁10上时，与激光发射器4发出的十字圆环形光斑相比，煤壁10上形成的光斑的尺寸会发生变化。当激光发射器4的激光发射方向与煤壁10之间的夹角为锐角，且激光发射器4与煤壁10之间的夹角发生变化时，激光发射器4发出的十字圆环形光斑照射在煤壁10上时，煤壁10上形成的光斑的形状和尺寸都会发生变化，例如，煤壁10上形成的光斑为十字椭圆环形光斑，其中，十字椭圆环形光斑包括中心相重合的十字线形部分和n个椭圆形光环，且十字圆环形光斑的圆形光斑照射在煤壁10上形成上述十字椭圆环形光斑的椭圆形光环、十字圆环形光斑的十字线形光斑照射在煤壁10形成上述十字椭圆环形光斑的十字线形部分。

此外，可以理解的是，同一激光发射器4以与煤壁10之间距离相等，且激光发射器4的激光发射方向与煤壁10之间的夹角相同的情况下，多次向煤壁10照射时，煤壁10上每次形成的光斑的形状和尺寸均相同。其中，光斑的尺寸包括由十字圆环形光斑的圆形光斑照射在煤壁10上形成的光斑的面积和直径(或者长轴长度、短轴长度)。其中，光斑的形状和尺寸即为光斑的图像信息。

综上所述，激光发射器4与煤壁10之间的距离、激光发射器4的激光发射方向与煤壁10之间的夹角、煤壁10上形成的光斑的形状以及煤壁10上形成的光斑的尺寸四者存在唯一且确定的对应关系。为方便描述，下面以激光发射器4与煤壁10之间的距离为标定距离、以激光发射器4的激光发射方向与煤壁10之间的夹角为标定夹角、以煤壁10上形成的光斑的形状为标定形状、以煤壁10上形成的光斑的尺寸为标定尺寸，则标定距离、标定夹角、标定形状和标定尺寸存在唯一且确定的对应关系。即，当标定距离和标定夹角确定时，标定形状和标定尺寸也是唯一确定的；反之，当标定形状和标定尺寸确定时，标定距离和标定夹角也是唯一确定的。

为方便描述，以在巷道支护现场，煤壁10上形成的光斑的形状为检测形状、煤壁10上形成的光斑的尺寸为检测尺寸、激光发射器4与煤壁10之间的距离为检测距离、激光发射器4的激光发射方向与煤壁10之间的夹角为检测夹角。其中，主摄像机501获取的光斑图像30即为煤壁10上形成的光斑的图像，检测形状和检测尺寸即为光斑图像30的图像信息。在已知标定距离、标定夹角、标定形状和标定尺寸的对应关系的情况下，若在巷道支护现场，得到检测形状和检测尺寸，便可以得到检测距离和检测夹角。其中，标定距离、标定夹角、标定形状和标定尺寸的对应关系形成数据库，该数据库包括多组数据组，每组数据组均包括标定距离、标定夹角、标定形状和标定尺寸，不同数据组之间标定距离和标定夹角中的至少一个不相同。

具体地，将该检测形状、检测尺寸与上述数据库进行比对，在数据库上找到标定形状等于该检测形状且标定尺寸等于该检测尺寸的数据组，则该数据组中对应的标定距离即为检测距离、标定夹角即为检测夹角。从而在巷道支护现场，只需要获得检测形状和检测尺寸，便可以得到激光发射器4与煤壁10之间的距离，以及激光发射器4的激光发射方向与煤壁10之间的夹角。

由此，通过将激光发射器4固定在锚杆钻机3上，使得激光发射器4与锚杆钻机3之间的相对位置固定，激光发射器4的位姿随锚杆钻机3的位姿变化而变化，便可以根据得到激光发射器4与煤壁10之间的距离，以及激光发射器4的激光发射方向与煤壁10之间的夹角，得到锚杆钻机3的位姿。其中，锚杆钻机3的位姿包括锚杆钻机3与煤壁10之间的距离，以及锚杆钻机3与煤壁10之间的夹角，锚杆钻机3与煤壁10之间的夹角可以为锚杆钻机3上钻箱302的移动方向与煤壁10之间的夹角。

可以预先利用激光发射器4以不同距离、不同角度向标定平面(煤壁10或其他表面为平面的表面)照射，并获得每次照射时标定平面上形成的光斑的图像信息(包括形状和尺寸)，从而得到激光发射器4与标定平面之间的距离、激光发射器4的激光发射方向与标定平面之间的夹角、标定平面上形成的光斑的形状以及标定平面上形成的光斑的尺寸的多组数据组，并将该数据组作为标定数据存储在数据库中。在实际使用锚杆钻车100时，利用激光发射器4向煤壁10照射，并利用主摄像机501获取煤壁10上的光斑图像30，通过将获取的光斑图像30的图像信息与数据库中的数据组进行比对，便可以得到此时激光发射器4与煤壁10之间的距离以及激光发射器4的激光发射方向与煤壁10之间的夹角。根据激光发射器4与锚杆钻机3的位置关系，可以进一步通过计算得到锚杆钻机3与煤壁10之间的距离，以及锚杆钻机3与煤壁10之间的夹角，即得到锚杆钻机3的位姿。

本发明实施例的锚杆钻车100进行巷道支护作业时，可以利用激光发射器4向煤壁10发射十字圆环形光斑、利用主摄像机501获取煤壁10上的光斑图像30；利用图像处理器对获取的光斑图像30进行处理，便可以得到锚杆钻机3的位姿；利用控制器控制移动臂2移动，以将锚杆钻机3调整至预设位姿，并利用锚杆钻机3进行打锚杆或打锚索作业。

由此，在进行巷道支护作业时，可以实现锚杆钻机位姿的自动调整，与相关技术中通过人工操作手柄操作液压阀组实现锚杆钻机的位姿调整相比，锚杆钻机的位姿调整效率高，不仅有利于提高成巷速度，提高煤矿的采煤效率；而且利于实现巷道支护作业的自动化。

因此，本发明实施例的锚杆钻车的巷道支护方法以及锚杆钻车100具有成巷速度快和自动化程度高等优点。

其中，激光发射器4可以包括两个发光单元，两个发光单元配合发射出包括中心相重合的十字线形光斑和n个圆形光斑。两个发光单元中的一个发光单元可以发出包括中心相重合的十字线形光斑和一个圆形光斑，另一个发光单元可以发出中心相重合的(n-1)个圆形光斑；或者，两个发光单元中的一个发光单元可以发出十字线形光斑，另一个发光单元可以发出中心相重合的n个圆形光斑。

可选地，如图11所示，锚杆钻机3的数量为两个，两个锚杆钻机3沿车架1的宽度方向间隔设置。

在一些实施例中，锚杆钻机3包括钻架301和钻箱302，钻架301与移动臂301相连，钻箱302可移动地设在钻架301上，激光发射器4的激光发射方向平行于钻箱302的移动方向。主摄像机501的光轴垂直于煤壁10。钻箱302用于安装锚杆或锚索。

例如，钻架301上设有导轨，钻箱302上设有导向块，导向块沿导轨的延伸方向可移动，利用导向块与导轨的配合，使得钻箱302沿预设方向相对钻架301移动，激光发射器4的激光发射方向平行于导轨的延伸方向。如图2所示，位于巷道两侧的煤壁10为巷帮1001，位于巷道顶部的煤壁10为顶壁1002，当激光发射器4向巷帮1001发射十字圆环形光斑时，主摄像机501的光轴垂直于巷帮1001，以便主摄像机501获取十字圆环形光斑照射在巷帮1001上的光斑图像30。此外，可以理解的是，当激光发射器4向顶壁1002发射十字圆环形光斑时，主摄像机501的光轴垂直于顶壁1002，以便主摄像机501获取十字圆环形光斑照射在顶壁1002上的光斑图像30。

通过将激光发射器4的激光发射方向平行于钻箱302的移动方向设置，使得激光发射器4的激光发射方向与煤壁10之间的夹角，等于锚杆钻机3与煤壁10之间的夹角，由此，得到激光发射器4的激光发射方向与煤壁10之间的夹角，即得到了锚杆钻机3与煤壁10之间的夹角。通过将主摄像机501的光轴垂直于煤壁10，使得利用主摄像机501获取的光斑图像30与煤壁10上形成的光斑一致。由此，图像处理器的处理过程更简单，可以缩短处理时间，有利于进一步提高锚杆钻机的位姿调整效率，以及提高锚杆钻机的位姿调整精度。

当然，在另一些实施例中，激光发射器4的激光发射方向与钻箱302的移动方向也可以呈锐角。主摄像机501的光轴与煤壁10之间的夹角也可以为锐角。

可选地，如图12和图13所示，锚杆钻机3还包括顶板303，顶板303可移动地设在钻架301上，顶板303用于止抵于煤壁10，顶板303具有凹陷部，激光发射器4设在凹陷部内。

例如，钻架301上设有滑轨，顶板303上设有滑块，滑块沿滑轨的延伸方向可移动，利用滑块与滑轨的配合，使得顶板303沿预设方向相对钻架301移动。顶板303具有开口朝向煤壁10的凹槽，激光发射器4设在凹槽，凹槽即为上述凹陷部。

通过将激光发射器4设在顶板303上，可以有效避免锚杆钻机3上的部件遮挡激光发射器4发射的激光，方便激光发射器4向煤壁10发射出完整的十字圆环形光斑。此外，将激光发射器4设置的凹陷部内，可以避免顶板303止抵于煤壁10时，煤壁10挤压激光发射器4，导致激光发射器4损坏。

需要说明的是，当激光发射器4向煤壁10发射十字圆环形光斑时，顶板303与煤壁10间隔开，即顶板303离开煤壁10，以免顶板303或锚杆钻机3的其他部件进入主摄像机501的视场内，影响主摄像机501获取光斑图像30。

可选地，激光发射器4与顶板303可以粘接或通过紧固件相连，该紧固件可以是螺栓、螺钉等。

可选地，顶板303的凹陷部处设有透光外壳，透光外壳与顶板303围成封闭腔室，激光发射器4设在该封闭腔室内。

例如，如图13所示，顶板303包括第一部分3031、第二部分3032和第三部分3033，第一部分3031和第三部分3033分别设在第二部分3032的长度方向的两端，且第一部分3031和第三部分3033分别设在第二部分3032的厚度方向两侧，使得第一部分3031、第二部分3032和第三部分3033整体呈Z字形。第一部分3031用于止抵于煤壁10，第二部分3032和第三部分3033围成上述凹陷部，激光发射器4与第三部分3033相连。透光外壳304与第二部分3032和第三部分3033均相连，且透光外壳304、第二部分3032和第三部分3033围成封闭腔室。

通过将激光发射器4设在该封闭腔室内，可以防止井下煤尘及污水影响相机激光发射器4的工作。

其中，透光外壳304可以为亚克力材质，透光外壳304以顶板303可以粘接或通过紧固件相连，该紧固件可以是螺栓、螺钉等。

在一些实施例中，如图14和图15所示，主摄像机501包括镜头，镜头的物侧设有滤光片504，滤光片504供与激光发射器4发射的波长相等的光线通过。

通过在镜头的物侧设置滤光片504，通过滤光片504可以过滤干扰光线，只有激光发射器4发射的光线才可以通过滤光片504、进入主摄像机501的镜头，从而使得利用主摄像机501获取的光斑图像30精度更高，有利于提高锚杆钻机的位姿调整精度。

可选地，滤光片504外部套设有连接筒，滤光片504通过连接筒与主摄像机501的镜头相连。

在一些实施例中，相机检测装置5还包括辅摄像机502，辅摄像机502设在车架1上，辅摄像机502用于获取巷道内的环境图像，辅摄像机502与图像处理器信号连接。

例如，辅摄像机502用于获取巷道内已经支护的锚杆或锚索的位置，以便为未支护的锚杆或锚索提供定位作用。又例如，辅摄像机502用于获取巷道内的作业人员的位置，以免锚杆钻车100误碰巷道内的作业人员。

由此，通过设置辅摄像机502，有利于进一步提高锚杆钻车100的自动化程度。

可选地，相机检测装置5还包括壳体503，壳体503与车架1相连，壳体503具有安装腔5031，主摄像机501和辅摄像机502均设在安装腔5031内。

其中，壳体503与车架1可以焊接或通过紧固件相连，主摄像机501与壳体503之间以及辅摄像机502与壳体503之间，可以通过粘接或紧固件相连，上述紧固件可以是螺栓、螺钉等。

通过将主摄像机501和辅摄像机502均设在壳体503形成的安装腔5031内，可以防止井下煤尘及污水影响主摄像机501和辅摄像机502的工作。

可选地，壳体503包括金属罩体5032、主透光板5033和辅透光板5034，金属罩体5032具有供光线进入主摄像机501的主透光孔和供光线进入的辅摄像机502的辅透光孔。主摄像机501和辅摄像机502均与金属罩体5032相连，主透光板5033封堵主透光孔，辅透光板5034封堵辅透光孔，金属罩体5032、主透光板5033和辅透光板5034限定出封闭的安装腔5031。其中，主透光板5033和辅透光板5034可以为亚克力材质、钢化玻璃材质等其他透光材质。

通过将壳体503进行上述设计，使得安装腔5031为封闭的安装腔，可以更有效地防止井下煤尘及污水影响主摄像机501和辅摄像机502的工作。

可选地，金属罩体5032上设有穿孔5035，穿孔5035供主摄像机501和辅摄像机502的电源线和信号线穿过。

可选地，激光发射器4的位姿与锚杆钻机3的位姿相同。

例如，激光发射器4的激光发射方向与锚杆钻机3上钻箱302的移动方向平行，且激光发射器4的用于朝向煤壁10的端面与顶板303的用于朝向煤壁的端面平齐，使得激光发射器4的位姿与锚杆钻机3的位姿相同。由此，通过对光斑图像30进行处理，得到的激光发射器4的位姿即为锚杆钻机3的位姿。

可选地，锚杆钻车包括用于控制移动臂2的电磁液压阀组，控制器与电磁液压阀组信号连接，通过控制器控制电磁液压阀组，以控制移动臂2。

具体地，将相关技术中，将需要人工操作的手柄操作液压阀组替换为电磁液压阀组，图像处理器将得到的处理结果发送给控制器，控制器根据图像处理结果生成控制信号，控制信号控制电磁液压阀组动作，进而驱动移动臂2移动，以调节锚杆钻机3的位姿，使得锚杆钻机3调整至预设位姿。

在一些实施例中，得到锚杆钻机3的位姿的步骤，包括：

预先对激光发射器4进行标定，并将标定数据存储在数据库中，其中，对激光发射器4进行标定包括：激光发射器4发射出的十字圆环形光斑照射在标定平面上，使得标定平面上呈现标定光斑，获取包括标定光斑的图像信息(包括形状和尺寸)、激光发射器4和标定平面之间的距离、激光发射器4的激光发射方向与标定平面之间的夹角的标定数据；

对光斑图像30进行处理，获取光斑图像30的图像信息；

将获取的光斑图像30的图像信息与标定数据进行比对，得到激光发射器4的位姿；

根据激光发射器4和锚杆钻机3的相对位置，得到锚杆钻机3的位姿；

其中，当标定光斑包括由n个圆形光斑形成的n个圆形光圈时，标定光斑的图像信息包括标定光斑中位于最外侧的圆形光圈的直径和/或面积；当标定光斑包括由n个圆形光斑形成的n个椭圆形光圈时，标定光斑的图像信息包括标定光斑中位于最外侧的椭圆形光圈的长轴长度和短轴长度。当光斑图像30包括由n个圆形光斑形成的n个圆形光环时，光斑图像30的图像信息包括光斑图像30中位于最外侧的圆形光环的直径和/或面积；当光斑图像30包括由n个圆形光斑形成的n个椭圆形光环时，光斑图像30的图像信息包括光斑图像30中位于最外侧的椭圆形光环的长轴长度和短轴长度。

可以理解的是，n个圆形光斑可以形成的n个圆形光圈，且n个圆形光圈的圆心重合且直径不同，其中位于最外侧的圆形光圈是指：在圆形光圈的径向上距离圆心最远的圆形光圈。n个圆形光斑形成的n个椭圆形光圈，且n个椭圆形光圈的圆形重合且长轴长度和短轴长度均不同，其中位于最外侧的椭圆形光圈是指：在椭圆形光圈的径向上距离圆心最远的椭圆形光圈。n个圆形光斑可以形成的n个圆形光环，且n个圆形光环的圆心重合且直径不同，其中位于最外侧的圆形光环是指：在圆形光环的径向上距离圆心最远的圆形光环。n个圆形光斑形成的n个椭圆形光环，且n个椭圆形光环的圆形重合且长轴长度和短轴长度均不同，其中位于最外侧的椭圆形光环是指：在椭圆形光环的径向上距离圆心最远的椭圆形光环。

如图5和图6所示，当激光发射器4的激光发射方向垂直于煤壁10时，十字圆环形光斑的n个圆形光斑照射在煤壁10上时会形成n个圆形光环，通过将位于最外侧圆形光环的直径或面积与数据库中的标定数据进行比对，便可以得到激光发射器4与煤壁10之间的距离d。如图3和图4所示，当煤壁10为竖直平面时，以平行于竖直方向且垂直于煤壁10的平面为竖直基准面，当激光发射机3的激光发射方向平行于竖直基准面，且激光发射器4的激光发射方向与煤壁10呈锐角时，十字圆环形光斑的n个圆形光斑照射在煤壁10上时会形成n个椭圆形光环。此时，通过将位于最外侧的椭圆形光环的短轴长度与数据库中的标定数据进行比对，便可以得到激光发射器4与煤壁10之间的距离d；通过将位于最外侧的椭圆形光环的长轴长度与数据库中的标定数据进行比对，便可以得到激光发射器4与煤壁10之间的夹角α。如图7和图8所示，当煤壁10为竖直平面时，以平行于第一水平方向且垂直于煤壁10的平面为水平基准面，其中，第一水平方向平行于巷道的宽度方向。当激光发射机3的激光发射方向平行于水平基准面，且激光发射器4的激光发射方向与煤壁10呈锐角时，十字圆环形光斑的n个圆形光斑照射在煤壁10上时会形成n个椭圆形光环。此时，通过将位于最外侧的椭圆形光环的短轴长度与数据库中的标定数据进行比对，便可以得到激光发射器4与煤壁10之间的距离d；通过将位于最外侧的椭圆形光环的长轴长度与数据库中的标定数据进行比对，便可以得到激光发射器4与煤壁10之间的夹角β。其中，激光发射器4与煤壁10之间的距离d是指，在激光发射器4的激光发射方向上，激光发射器4和煤壁10之间的间距。

可以理解的是，激光发射器4的激光发射方向垂直于煤壁10时，十字圆环形光斑的n个圆形光斑照射在煤壁10上时，煤壁10上形成的光斑相当于该n个圆形光斑的放大版，因此煤壁10上形成的光斑包括由十字圆环形光斑的n个圆形光斑形成的n个圆形光环。且激光发射器4与煤壁10之间的距离不同时，煤壁10上形成的圆形光环的直径不同。

此外，以激光发射器4的激光发射方向垂直于煤壁10时，煤壁10上形成的位于最外侧的圆形光环的直径为初始直径。当激光发射器4与煤壁10之间的距离保持不变、激光发射器4的激光发射方向平行于上述竖直基准面、且激光发射器4的激光发射方向沿竖直方向倾斜，使得激光发射器4的激光发射方向与煤壁10呈锐角时，煤壁10上形成的圆形光环会沿竖直方向拉长而成为椭圆形光环，且位于最外侧的椭圆形光环的短轴长度始终等于上述初始直径、长轴长度根据α的变化而变化。相似的，当激光发射器4与煤壁10之间的距离保持不变、激光发射器4的激光发射方向平行于上述水平基准面、且激光发射器4的激光发射方向沿第二水平方向倾斜，使得激光发射器4的激光发射方向与煤壁10呈锐角时，煤壁10上形成的圆形光环会沿第二水平方向拉长而成为椭圆形光环，且位于最外侧的椭圆形光环的短轴长度始终等于上述初始直径、长轴长度随β的变化而变化。其中，第二水平方向与巷道的延伸方向一致。因此，通过将位于最外侧的椭圆形光环的短轴长度与数据库中的标定数据进行比对，便可以得到激光发射器4与煤壁10之间的距离d；通过将位于最外侧的椭圆形光环的长轴长度与数据库中的标定数据进行比对，便可以得到激光发射器4与煤壁10之间的夹角α或β。

可选地，如图3至图10所示，获取光斑图像30的图像信息的步骤，包括：

十字线形光斑包括相互垂直的两个一字形光斑，以光斑图像30中与十字线形光斑的中心对应的点为原点O1、以光斑图像30中与两个一字形光斑中的其中一个一字形光斑对应的线为X1轴、以光斑图像30中与两个一字形光斑中的另一个一字形光斑对应的线为Y1轴建立二维的第一直角坐标系；

主摄像机具有视场20，以视场20的中心为原点O2、以视场20的与X1轴平行的对称轴为X2轴、以视场20的与Y1轴平行的对称轴为Y2轴建立二维的第二直角坐标系；

当第一直角坐标系的原点O1与第二直角坐标系的原点O2重合时，光斑图像30包括由n个圆形光斑形成的n个圆形光环，获取位于最外侧的圆形光环的直径作为光斑图像30的图像信息；

当第一直角坐标系的X1轴和第二直角坐标系的X2轴重合，且第一直角坐标系的Y1轴和第二直角坐标系的沿Y2轴错开，或者当第一直角坐标系的X1轴和第二直角坐标系的X2轴错开，且第一直角坐标系的Y1轴和第二直角坐标系的沿Y2轴重合时，光斑图像30包括由n个圆形光斑形成的n个椭圆形光环，获取位于最外侧的椭圆形光环的长轴长度和短轴长度作为光斑图像30的图像信息。

可以理解的是，如图5和图6所示，当激光发射器4的激光发射方向垂直于煤壁10时，第一直角坐标系的原点O1才与第二直角坐标系的原点O2重合，此时，十字圆环形光斑的5个圆形光斑照射在煤壁10上时会形成5个圆形光环，即光斑图像30包括5个圆形光环。以X1轴沿第二水平方向延伸、Y1轴沿竖直方向延伸为例，其中，第二水平方向与巷道的延伸方向一致。如图3和图4所示，当激光发射机3的激光发射方向平行于竖直基准面，且激光发射器4的激光发射方向与煤壁10呈锐角时，第一直角坐标系的X1轴和第二直角坐标系的X2轴重合，且第一直角坐标系的Y1轴和第二直角坐标系的沿Y2轴错开，此时，十字圆环形光斑的5个圆形光斑照射在煤壁10上时会形成5个椭圆形光环，即光斑图像30包括5个椭圆形光环，且每个椭圆形光环的长轴沿竖直方向延伸。如图7和图8所示，当激光发射机3的激光发射方向平行于水平基准面，且激光发射器4的激光发射方向与煤壁10呈锐角时，第一直角坐标系的X1轴和第二直角坐标系的X2轴错开，且第一直角坐标系的Y1轴和第二直角坐标系的沿Y2轴重合，此时，十字圆环形光斑的5个圆形光斑照射在煤壁10上时会形成5个椭圆形光环，即光斑图像30包括5个椭圆形光环，且每个椭圆形光环的长轴沿第二水平方向延伸。

为方便对光斑图像30进行处理，当激光发射器4的激光发射方向垂直于巷帮1001时，两个一字形光斑相互垂直，且两个一字形光斑中的其中一个平行于第一水平方向，两个一字形光斑中的另一个平行于竖直方向；当激光发射器4的激光发射方向垂直于顶壁1002时，两个一字形光斑相互垂直，且两个一字形光斑中的其中一个平行于第一水平方向，两个一字形光斑中的另一个平行于第二水平方向。其中，第一水平方向垂直于第二水平方向，且第一水平方向和第二水平方向均垂直于竖直方向。

可选地，当光斑图像包括n个圆形光环时，第一直角坐标系的X1轴与n个圆形光环形成2n个第一交点，2n个第一交点依次为(x₁，0)，(x₂，0)，(x₃，0)，、、、，(x_2n，0)，第一直角坐标系的Y1轴与n个圆形光环形成2n个第二交点，2n个第二交点依次为(0，y₁)，(0，y₂)，(0，y₃)，、、、，(0，y_2n)，x_2n与x₁的差值的绝对值，以及y_2n与y₁的差值的绝对值为位于最外侧的圆形光环的直径。

例如，如图5和图6所示，光斑图像包括5个圆形光环，第一直角坐标系的X1轴与5个圆形光环形成10个第一交点，10个第一交点依次为(x₁，0)，(x₂，0)，(x₃，0)，(x₄，0)，(x₅，0)，(x₆，0)，(x₇，0)，(x₈，0)，(x₉，0)(x₁₀，0)，10个第二交点依次为(0，y₁)，(0，y₂)，(0，y₃)，(0，y₄)，(0，y₅)，(0，y₆)，(0，y₇)，(0，y₈)，(0，y₉)，(0，y₁₀)。x₁₀与x₁的差值的绝对值，以及y₁₀与y₁的差值的绝对值为位于最外侧的圆形光环的直径。

可选地，当光斑图像包括n个椭圆形光环时，第一直角坐标系的X1轴与n个椭圆形光环形成2n个第一交点，2n个第一交点依次为(x₁，0)，(x₂，0)，(x₃，0)，、、、，(x_2n，0)，第一直角坐标系的Y1轴与n个椭圆形光环形成2n个第二交点，2n个第二交点依次为(0，y₁)，(0，y₂)，(0，y₃)，、、、，(0，y_2n)，x_2n与x₁的差值的绝对值以及y_2n与y₁的差值的绝对值中较大的一个，为位于最外侧的椭圆形光环的长轴长度，x_2n与x₁的差值的绝对值以及y_2n与y₁的差值的绝对值中较小的一个，为位于最外侧的椭圆形光环的短轴长度。

例如，如图3和图4所示，光斑图像包括5个椭圆形光环，第一直角坐标系的X1轴与5个椭圆形光环形成10个第一交点，10个第一交点依次为(x₁，0)，(x₂，0)，(x₃，0)，(x₄，0)，(x₅，0)，(x₆，0)，(x₇，0)，(x₈，0)，(x₉，0)(x₁₀，0)，10个第二交点依次为(0，y₁)，(0，y₂)，(0，y₃)，(0，y₄)，(0，y₅)，(0，y₆)，(0，y₇)，(0，y₈)，(0，y₉)，(0，y₁₀)。x₁₀与x₁的差值的绝对值小于y₁₀与y₁的差值的绝对值，y₁₀与y₁的差值的绝对值为位于最外侧的椭圆形光环的长轴长度，x₁₀与x₁的差值的绝对值为位于最外侧的椭圆形光环的短轴长度。又如，如图7和图8所示，光斑图像包括5个椭圆形光环，第一直角坐标系的X1轴与5个椭圆形光环形成10个第一交点，10个第一交点依次为(x₁，0)，(x₂，0)，(x₃，0)，(x₄，0)，(x₅，0)，(x₆，0)，(x₇，0)，(x₈，0)，(x₉，0)(x₁₀，0)，10个第二交点依次为(0，y₁)，(0，y₂)，(0，y₃)，(0，y₄)，(0，y₅)，(0，y₆)，(0，y₇)，(0，y₈)，(0，y₉)，(0，y₁₀)。x₁₀与x₁的差值的绝对值大于y₁₀与y₁的差值的绝对值，y₁₀与y₁的差值的绝对值为位于最外侧的椭圆形光环的短轴长度，x₁₀与x₁的差值的绝对值为位于最外侧的椭圆形光环的长轴长度。

可选地，如图9和图10所示，当第一直角坐标系的X1轴和第二直角坐标系的X2轴错开，且第一直角坐标系的Y1轴和第二直角坐标系的沿Y2轴错开时，先利用控制器控制锚杆钻机3沿与X1轴和Y1轴平行的至少一个方向移动，使得第一直角坐标系的X1轴和第二直角坐标系的X2轴重合，和/或第一直角坐标系的Y1轴和第二直角坐标系的Y2轴重合，然后获取利用主摄像机501获取煤壁10上的光斑图像30。

当第一直角坐标系的X1轴和第二直角坐标系的X2轴错开，且第一直角坐标系的Y1轴和第二直角坐标系的沿Y2轴错开时，且锚杆钻机3沿与X1轴平行的方向移动，使得第一直角坐标系的X1轴和第二直角坐标系的X2轴重合时，第一直角坐标系的X1轴和第二直角坐标系的X2轴重合，且第一直角坐标系的Y1轴和第二直角坐标系的沿Y2轴错开，光斑图像30包括由n个圆形光斑形成的n个椭圆形光环，获取位于最外侧的椭圆形光环的长轴长度和短轴长度作为该光斑图像30的图像信息，该光斑图像30的图像信息与数据库中的标定数据进行比对，便可以得到激光发射器4与煤壁10之间的距离d和夹角。

当第一直角坐标系的X1轴和第二直角坐标系的X2轴错开，且第一直角坐标系的Y1轴和第二直角坐标系的沿Y2轴错开时，且锚杆钻机3沿与Y1轴平行的方向移动，使得第一直角坐标系的Y1轴和第二直角坐标系的Y2轴重合时，第一直角坐标系的X1轴和第二直角坐标系的X2轴错开，且第一直角坐标系的X1轴和第二直角坐标系的沿X2轴错开，光斑图像30包括由n个圆形光斑形成的n个椭圆形光环，获取位于最外侧的椭圆形光环的长轴长度和短轴长度作为该光斑图像30的图像信息，该光斑图像30的图像信息与数据库中的标定数据进行比对，便可以得到激光发射器4与煤壁10之间的距离d和夹角。

当第一直角坐标系的X1轴和第二直角坐标系的X2轴错开，且第一直角坐标系的Y1轴和第二直角坐标系的沿Y2轴错开时，且锚杆钻机3沿与X1轴平行的方向以及沿与Y1轴平行的方向移动，使得第一直角坐标系的X1轴和第二直角坐标系的X2轴重合，且第一直角坐标系的Y1轴和第二直角坐标系的Y2轴重合时，光斑图像30包括由n个圆形光斑形成的n个圆形光环，获取位于最外侧的圆形光环的直径或面积作为该光斑图像30的图像信息，该光斑图像30的图像信息与数据库中的标定数据进行比对，便可以得到激光发射器4与煤壁10之间的距离d。

也就是说，当第一直角坐标系的X1轴和第二直角坐标系的X2轴错开，且第一直角坐标系的Y1轴和第二直角坐标系的沿Y2轴错开时，先利用控制器控制锚杆钻机3移动，使得第一直角坐标系的X1轴和第二直角坐标系的X2轴重合，和/或第一直角坐标系的Y1轴和第二直角坐标系的Y2轴重合；然后，获取此时光斑图像30的图像信息；之后，将获取的光斑图像30的图像信息与标定数据进行比对，得到激光发射器4的此时的位姿；接着，利用控制器控制移动臂2移动，以将锚杆钻机3调整至预设位姿，以便利用锚杆钻机3进行打锚杆或打锚索作业。

可选地，得到激光发射器4的位姿的步骤，还包括：

当第一直角坐标系的原点O1位于第二直角坐标系的X2轴的正半轴上时，得到激光发射器4向第一方向的一侧倾斜；

当第一直角坐标系的原点O1位于第二直角坐标系的X2轴的负半轴上时，得到激光发射器4向第一方向的另一侧倾斜；

当第一直角坐标系的原点O1位于第二直角坐标系的Y2轴的正半轴上时，得到激光发射器4向第二方向的一侧倾斜；

当第一直角坐标系的原点O1位于第二直角坐标系的Y2轴的负半轴上时，得到激光发射器4向第二方向的另一侧倾斜；

当第一直角坐标系的原点O1位于第二直角坐标系的第一象限时，得到激光发射器4同时向第一方向的一侧和第二方向的一侧倾斜；

当第一直角坐标系的原点O1位于第二直角坐标系的第二象限时，得到激光发射器4向第一方向的另一侧和第二方向的一侧倾斜；

当第一直角坐标系的原点O1位于第二直角坐标系的第三象限时，得到激光发射器4向第一方向的另一侧和第二方向的另一侧倾斜；

当第一直角坐标系的原点O1位于第二直角坐标系的第四象限时，得到激光发射器4向第一方向的一侧和第二方向的另一侧倾斜；

其中，第一方向平行于第一直角坐标系的X1轴，第二方向平行于第一直角坐标系的Y1轴。

例如，第一方向可以为前后方向，第二方向可以为上下方向。如图3和图4所示，第一直角坐标系的原点O1位于第二直角坐标系的Y2轴的正半轴上时，激光发射器4向上侧倾斜；相似的，当第一直角坐标系的原点O1位于第二直角坐标系的Y2轴的负半轴上时，激光发射器4向下侧倾斜。如图7和图8所示，当第一直角坐标系的原点O1位于第二直角坐标系的X2轴的正半轴上时，激光发射器4向巷道的延伸方向的一侧(例如，巷道的前侧)倾斜；相似的，当第一直角坐标系的原点O1位于第二直角坐标系的X2轴的负半轴上时，激光发射器4向巷道的延伸方向的一侧(例如，巷道的后侧)倾斜。如图9和图10所示，当第一直角坐标系的原点O1位于第二直角坐标系的第一象限时，激光发射器4同时向上和向前倾斜；相似的，当第一直角坐标系的原点O1位于第二直角坐标系的第二象限时，激光发射器4同时向上和向后倾斜；当第一直角坐标系的原点O1位于第二直角坐标系的第三象限时，激光发射器4同时向下和向后倾斜；当第一直角坐标系的原点O1位于第二直角坐标系的第四象限时，激光发射器4同时向下和向前倾斜。

可选地，当相机检测装置5包括辅摄像机502时，可以利用辅摄像机502获取巷道内已经支护的锚杆或锚索的图像，并利用图像处理器得到巷道内已经支护的锚杆或锚索的位置，从而根据巷道内已经支护的锚杆或锚索得到未支护的锚杆或锚索的位置，为未支护的锚杆或锚索提供定位作用。以未支护的锚杆或锚索的位置为预设位置，当得到预设位置后，可以利用控制器控制移动臂2移动，使得锚杆钻机3移动至预设位置。

综上所述，本发明实施例的锚杆钻车的巷道支护方法，包括：

利用辅摄像机502获取巷道内已经支护的锚杆或锚索的图像；

利用图像处理器得到巷道内已经支护的锚杆或锚索的位置，并得到未支护的锚杆或锚索的位置的预设位置；

利用控制器控制移动臂2移动，以将锚杆钻机3调整至预设位置；

利用激光发射器4向煤壁10发射十字圆环形光斑；

利用主摄像机501获取煤壁10上的光斑图像30；

利用图像处理器对光斑图像30进行处理，得到锚杆钻机3的位姿；

利用控制器控制移动臂2移动，以将锚杆钻机3调整至预设位姿；

利用锚杆钻机3进行打锚杆或打锚索作业。

可以理解的是，在利用控制器控制移动臂2移动的过程中，需要利用激光发射器4、主摄像机501和图像处理器对锚杆钻机3的位姿进行多次检测，控制器根据锚杆钻机3的每次的位姿检测结果，控制移动臂2的移动方向和移动距离，直到锚杆钻机3位姿检测结果等于预设位姿，则控制器控制移动臂2停止移动，锚杆钻机3调整至预设位姿。

本发明实施例的锚杆钻车的巷道支护方法，通过激光发射器4、相机检测装置5和图像处理器，实现锚杆钻机3作业中锚杆钻机3的位置和位姿检测，并利用控制器控制锚杆钻机3的位置和位姿调整，替代人工实现巷道支护作业中，锚杆钻机的位置和位姿调整，减少了用人数量，降低了工人劳动强度，提高了巷道成巷速度和锚杆钻车100的自动化程度。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。