[发明专利]基于捷联惯导和油缸的智能掘进机器人定位定向方法

说明书

本发明涉及煤矿开采技术领域，具体涉及一种基于捷联惯导和油缸的智能掘进机器人定位定向方法，该定位方法基于油缸推移智能掘进机器人前进的位移数据实现捷联惯导解算出的智能掘进机器人的位姿数据的校正，从而抑制惯导解算结果的发散，实现智能掘进机器人高精度的定位定向。本发明利用油缸推移智能掘进机器人前进的位移数据来补偿捷联惯导的累计误差，克服了纯惯导解算会导致智能掘进机器人定位定向误差随时间发散的缺点；能够适应煤矿井下复杂的坏境，实现智能掘进机器人位姿数据的自主测量。

技术领域

本发明涉及煤矿开采技术领域，具体涉及一种基于捷联惯导和油缸的智能掘进机器人定位定向方法。

背景技术

煤炭作为我国能源重要的组成部分，在未来相当长的一段时间内仍将保持其主体地位。随着科技创新能力的不断提升，煤矿开采智能化水平大大提高，开采效率和安全性得到了保障。在目前煤矿开采过程中，掘进机的精确定位定向是综掘工作面智能化重要的研究方向。现阶段掘进机的掘进方向大多利用激光进行引导，该方法无法对掘进机的姿态信息进行测量，这就导致不能为掘进机掘进方向的自动纠偏提供姿态信息，在煤矿朝着智能化发展的过程中，该方法已经不能适应现在的需求。

由于井下环境过于复杂，一些地面上可以使用的位姿测量方法并不适用于井下，而惯导凭借着不依赖外部信息，可全天候工作于地面、地下和空中各种环境的特点，使得其成为煤矿井下设备定位、定向的首选方式。然而纯惯导测量系统会随着时间的增加，其测量误差也会越来越大。

发明内容

针对上述问题，本发明专利提供了一种基于捷联惯导和油缸的智能掘进机器人定位定向方法，利用油缸数据对捷联惯带数据进行校准，实现智能掘进机器人精准定位定向。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于捷联惯导和油缸的智能掘进机器人定位定向方法，基于油缸推移智能掘进机器人前进的位移数据实现捷联惯导解算出的智能掘进机器人的位姿数据的校正，从而实现智能掘进机器人高精度的定位定向，其中，智能掘进机器人由机器人I和机器人II组成，机器人I和机器人II之间通过油缸进行连接，智能掘进机器人前进时，首先通过油缸将机器人I推送的预定位置，然后在通过油缸将机器人II拉到预定位置，具体的，包括以下步骤：

S1、将捷联惯导安装在机器人I上，并建立载体坐标系和导航坐标系；

S101、将捷联惯导安装在机器人I上，以智能掘进机器人的重心作为坐标原点，智能掘进机器人前进方向为Y轴正方向，智能掘进机器人右侧垂直于Y轴方向为X轴正方向，垂直智能掘进机器人向上方向作为Z轴正方向，建立载体坐标系OXYZ；

S102、以捷联惯导安装所在位置的“东-北-天”坐标系作为导航坐标系O₁X₁Y₁Z₁；

S103、智能掘进机器人在载体坐标系下，绕Z轴旋转的角度称为航向角，记为绕X轴旋转的角度称为俯仰角，记为θ，绕Y轴旋转的角度称为横滚角，记为γ，则智能掘进机器人从导航坐标系到载体坐标系的姿态矩阵如下：

S2、将捷联惯导和油缸构成航位推算系统，并对其中包含的误差进行分析；

S201、构建捷联惯导误差模型：