[发明专利]基于捷联惯性导航的采煤机防爆定位装置及其校准方法

权利要求书

1.一种基于捷联惯性导航的采煤机防爆定位装置的校准方法，采用的采煤机防爆定位装置包括防爆箱(1)、导引支撑装置(2)、电源模块(4)、捷联惯性导航单元(5)、可移动橡胶减震机构装置(6)以及导航数据处理模块(7)；所述的可移动橡胶减震机构装置(6)通过防爆箱(1)底部对称设有的固定安装孔(3)固定安装在防爆箱(1)右侧；所述的捷联惯性导航单元(5)固定在所述可移动橡胶减震机构装置(6)上；所述的电源模块(4)固定在导引支撑装置(2)上；所述的导航数据处理模块(7)通过防爆箱(1)底部对称设有的模块固定安装孔(8)固定安装在防爆箱(1)左侧，其特征在于，包括以下步骤：

1)首先准备一个三维旋转平台(9)，该三维旋转平台(9)可绕着自身的横轴、纵轴、竖轴进行旋转且旋转角度能够精确实时测量；

2)将所述的采煤机防爆定位装置固定在三维旋转平台(9)上，并确保该装置坐标系与三维旋转平台(9)坐标系完全重合；

3)对采煤机防爆定位装置中捷联惯性导航单元(5)进行上电操作，待其内置三轴加速度计和陀螺仪工作稳定后，测量其在地球重力作用下的三轴加速度分量；若捷联惯性导航单元(5)存在安装偏差角，则其自身X′轴和Y′轴均有分量输出；否则，只有Z′轴加速度计输出重力加速度g测量值；

4)第一次校准：若存在安装偏差角，三维旋转平台(9)先绕自身X轴逆时针旋转，直到Y′轴加速度输出为0，其次三维旋转平台(9)绕自身Y轴顺时针旋转，直到X′轴加速度输出也为0，记两次旋转的角度分别为α和β；

5)第二次校准：三维旋转平台(9)绕自身的X轴顺时针旋转90°，此时Y轴指向天，然后三维旋转平台(9)绕自身Z轴逆时针旋转，使得X′轴和Z′轴的加速度输出为0，记此次旋转的角度分别为γ；

6)在惯导坐标系与三维旋转平台(9)坐标系重合后，利用三维旋转平台(9)围绕自身Y轴匀速旋转，由于存在臂杆效应，重力加速度g的数值会有脉冲突变，而根据公式a_x,y＝r_y·ω_y²，可求出两坐标系Y轴之间的垂直距离r_y，同样的方法可求出两坐标系X轴、Z轴之间的垂直距离r_x和r_z，利用几何关系可求出两质心之间的相对位置；

7)根据步骤4)-6)中求得的旋转角度α、β、γ和垂直距离r_x、r_y和r_z，并通过矩阵乘法和几何关系，实现采煤机防爆定位装置与其内捷联惯性导航单元(5)间安装角误差校正。

2.根据权利要求1所述的一种基于捷联惯性导航的采煤机防爆定位装置的校准方法，其特征在于，所述的导航数据处理模块(7)包括集成于一体的微处理单元(7-1)、信号指示灯与显示输出(7-2)、报警电路(7-3)、实时时钟(7-4)、光电隔离电路(7-5)、数据存储单元(7-6)、电源电路(7-7)和通信模块(7-8)。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于捷联惯性导航的采煤机防爆定位装置的校准方法，其特征在于，所述的导引支撑装置(2)包括电源支撑架槽(2-1)和燕尾槽型支撑骨架(2-2)。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于捷联惯性导航的采煤机防爆定位装置的校准方法，其特征在于，所述的可移动橡胶减震机构装置(6)包括上圆柱减震橡胶(6-1)、可调节柔性支撑架(6-2)以及下圆柱减震橡胶(6-3)；所述捷联惯性导航单元(5)通过上圆柱减震橡胶(6-1)和下圆柱减震橡胶(6-3)固连在可调节柔性支撑架(6-2)。

5.根据权利要求1或2所述的一种基于捷联惯性导航的采煤机防爆定位装置的校准方法，其特征在于，所述的防爆箱(1)规格为300mm×200mm×180mm；电源模块(4)采用5V、DC电源、用于对导航数据处理模块(7)和捷联惯性导航单元(5)供电。