智能化煤机装备是煤矿智能化建设的核心要素,液压支架在综采工作面中负责支撑顶底板、维持工作面运行和保护作业人员的安全,对提高采煤效率起着重要作用。在井下煤层起伏不平、先验信息缺失的环境下,每台液压支架可能会呈现出不同角度的空间位姿,在支架的推进或者支护过程中很容易发生挤架、咬架的现象,产生安全隐患,故须对液压支架的位姿实现精准监测,以保证作业人员的安全。基于飞行时间（Time of Flight,TOF）技术生成的点云在三维空间中集成了深度信息,而且受环境干扰因素小,适用于井下环境的非接触监测。为了解决当前液压支架监测方法的不足,如安装、维护传感器复杂、易受环境干扰、价格昂贵以及二维视觉监测方法缺少深度信息、对光照环境要求高、且只能监测局部姿态等问题,本文以综采工作面中的液压支架为研究对象,利用计算机视觉、三维点云处理和机器人运动学等技术和理论实现了液压支架单机姿态监测以及液压支架的群位姿监测。本文的主要研究内容及结论如下:（1）提出了一种巡检视角下基于三维点云重建的液压支架单机姿态测量方法。从巡检视角出发,基于Sample Consensus Initial Aligment（SAC-IA）粗配准+Iterative Closest Point（ICP）精配准的多点云三维重建算法,实现了单机液压支架的三维点云表面数据重建,利用点云自动分割算法实现各构件平面分割和拟合,并根据平面刚体变换理论和高度计算方法实现了单机液压支架各构件的姿态计算,并对该方法在样机试验系统和煤矿成套综采试验系统中进行了验证。结果表明:该方法可以实现井下巡检过程中液压支架单机姿态参数的精准测量,将测量误差控制在4.9°和3mm之内,并且实现了液压支架单机的三维可视化。（2）提出了一种固定视角下基于三维视觉与机器人位姿算法融合驱动的液压支架单机全姿态测量方法。从顶梁的视角出发,利用三维视觉匹配技术实现了顶梁姿态和支护高度的监测,将其作为输入,对液压支架进行逆运动位姿解算,求解出了其他主要运动构件的姿态,最终实现了顶梁视角下的液压支架单机全姿态监测,并对该方法在煤矿成套综采试验系统中进行了验证。结果表明:该方法仅用一台RGB-D相机实现了固定视角下对液压支架单机全姿态的监测,可以作为替代多传感器的监测方案,解决传感器安装数量多、可视性差、维护复杂以及易受干扰的问题。（3）提出了一种“图像视觉特征匹配+特征平面位姿检测”的支架群空间位姿关联测量方法。利用图像特征匹配结合ICP位姿估计实现了液压支架群的点云数据快速获取,然后通过点云平面位姿计算和质心计算方法实现了液压支架的位姿测量,在此基础上对液压支架的空间直线度做了定义和数学模型推导,实现了液压支架群空间直线的拟合和直线度计算,并对该方法在样机试验系统和煤矿成套综采试验系统中进行了验证。结果表明:该方法建立了综采工作面中液压支架间的位姿关联,提供了液压支架群位姿的可视化方案,为实现井下液压支架的全位姿测量提供了方向和思路。