[发明专利]一种基于惯性导航数据的采煤机自主定位方法及装置

说明书

本发明提供了一种基于惯性导航数据的采煤机自主定位方法及装置，所述方法包括：根据安装在采煤机上的惯性传感仪，在载体坐标系下测量得到采煤机的第一定位数据，其中所述第一定位数据包括：采煤机在载体坐标系下的平移加速度和采煤机在载体坐标系下的旋转角速度值；对所述第一定位数据中的所述平移加速度值结合采煤机的速度和位置的初始估值进行积分计算得到导航坐标系下的第二定位数据；以及在载体坐标系下构建第一姿态矩阵，并进行微分得到导航坐标系下的第二姿态矩阵；根据所述第二姿态矩阵进行逆运算得到采煤机在导航坐标系下的姿态角；根据所述第二定位数据和所述姿态角确定采煤机在所述导航坐标系下的位置。

技术领域

本发明涉及煤矿作业技术领域，尤其是涉及一种基于惯性导航数据的采煤机自主定位方法及装置。

背景技术

煤炭是我国的基础资源和能源，是国民经济发展的重要保障，煤炭在未来较长时间内仍将是我国主体能源。2014年，我国煤炭产量38.7亿吨，约占一次能源生产总量的70％；我国煤炭消费占一次能源消费的比重为65％，预计到2020年煤炭产能约为40-42亿吨。

我国煤炭开采以井工为主，综合机械化生产是当前广泛采用的生产方式。采煤工作面存在着“水、火、瓦斯、煤尘、顶板”五大自然灾害，时刻威胁着职工的生命安全和职业健康，只有将人从工作面解放出来，才能彻底改变这种局面。

采煤工作面的智能化、无人化是实现煤矿安全开采的必由之路，是践行“无人则安”先进安全理念的关键突破点。井下封闭空间内的采煤机器人高精度定位、定姿是其实现自主作业的关键技术，对应的采煤装备安全运行控制是整个无人化工作面的大脑。

目前美国和澳大利亚在自动化采煤技术研究方面处于领先地位，主要以JOY国际为代表的采煤机械厂商主导的以采煤机司机跟随操作采煤机，支架等与采煤机随动的跟机自动化模式。澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO)推出了基于陀螺仪导向定位(LASC技术)的自动化采煤方法。但尚没有采煤工作面内无人操作的自动化采煤应用案例。国内近年来，由于煤矿安全高效生产的迫切需要，依托国家863计划“煤炭智能化掘采技术与装备”和国家发改委“煤炭综采成套装备智能系统”等重点专项支撑，以中国煤炭科工集团为代表的多家煤炭集团、采煤机械厂商、高校等开展了自动化无人开采技术的研发工作。其采煤机定位及工作面取直关键技术引进国外LASC系统，暂未实现关键设备国产化。

国内外对采煤机的位置监测先后尝试了多种方法，如无线电回声技术、光栅位移监测技术、倾角传感器技术、编码器和倾角传感器组合技术等，这些技术的测量精度均较低，远不能满足综采自动化开采的要求。

目前国际上并没有实现对采煤机的位置进行有效监测。

发明内容

针对现有技术存在的无法实现对采煤机的位置进行有效监测的缺陷，第一方面，本发明提供了一种基于惯性导航数据的采煤机自主定位方法，所述方法包括：

根据安装在采煤机上的惯性传感仪，在载体坐标系下测量得到采煤机的第一定位数据，其中所述第一定位数据包括：采煤机在载体坐标系下的平移加速度和采煤机在载体坐标系下的旋转角速度值；

在载体坐标系下构建第一姿态矩阵，并进行微分得到导航坐标系下的第二姿态矩阵；

对所述第一定位数据中的所述平移加速度值结合采煤机的速度和位置的初始估值进行积分计算得到导航坐标系下的第二定位数据；

根据所述第二姿态矩阵进行逆运算得到采煤机在导航坐标系下的姿态角；

根据所述第二定位数据和所述姿态角确定采煤机在所述导航坐标系下的位置。

进一步，所述在载体坐标系下构建第一姿态矩阵，包括：