采煤机复合定位关键技术研究
发布时间：2020-07-22 23:44
【摘要】：采煤机是实现煤矿安全高效生产的关键设备之一,作为综采成套装备的重要组成部分,其智能化是实现综采工作面“无人化”或“少人化”开采的必要条件。采煤机处于不断推移和复杂多变的工作环境中,对其进行准确定位是实现采煤机智能控制的前提。捷联惯性导航技术因为自主性强、可靠性高,在采煤机定位领域得到广泛运用。由于捷联惯性导航方法会产生累积误差,需要进行误差修正。本文提出一种采煤机复合定位技术,在捷联惯性导航的基础上,利用视觉信标定位消除其累积误差,实现采煤机运行过程的精确定位,为采煤机智能控制奠定基础。论文的主要工作及研究成果如下:(1)分析了采煤机基本结构以及协同工作过程,研究了采煤机捷联惯性导航定位模型和采煤机视觉信标定位的基本原理,提出了一种基于捷联惯性导航和视觉信标的采煤机复合定位技术方案。(2)研究了采煤机捷联惯性导航系统误差模型,并对误差传播特性进行分析;对惯性传感器进行标定以及误差补偿,消除了惯性传感器中可以预测的误差项,基于优化的UKF滤波算法进行捷联惯性导航初始对准,提高了初始对准精度,为提高采煤机定位精度奠定基础。(3)针对视觉信标图像质量不高的问题,研究了一种基于BM3D滤波的信标图像增强算法,利用EPnP算法进行视觉信标的位姿解算;提出了一种视觉信标定位与Kalman滤波算法相结合的采煤机定位误差修正算法,有效消除了捷联惯性导航定位的累积误差。(4)搭建了采煤机复合定位实验平台,并在江苏省矿山智能采掘装备中心进行了实验验证,实验结果表明,利用基于捷联惯性导航及视觉信标的复合定位方法对采煤机进行定位,运动状态下定位精度达到了0.12m,可以满足采煤机的定位要求。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD421.6
【图文】：
图 2-6 采煤机惯性测量单元安装示意图re 2-6 Schematic diagram of inertial measurement unit installation of s矩阵微分方程之间的相互转换通过绕不同坐标轴的 3 次连续转动来实换矩阵，变换矩阵又叫做方向余弦矩阵、姿态矩阵。坐参考坐标系n n nOx y z 首先绕 z 轴转动 角度，获得坐标系绕 y '轴转动 角度，获得坐标系 Ox '' y '' z ''，最后坐标 角度，获得了载体坐标系b b bOx y z 。 o'nz（ z ）bzz''y '( y'')nxx'''( )bx x
图 3-2 部分方向陀螺仪测试安装示意图Figure 3-2 Schematic diagram of gyroscope testing installation of part direction本文中使用的是 MPU6050 惯性传感器，采集频率是 200Hz，选择其中 10平稳的角速度数据进行分析，采集的原始数据和滤波后数据如图 3-3 所示0 2000 4000 6000 8000 10000-202x原 始 信 号0 2000 4000 6000 8000 10000-202y原 始 信 号0 2000 4000 6000 8000 10000-202z原 始 信 号0 2000 4000 6000 8000 10000-2-1012x移 动 平 均 滤 波 后 的 信 号0 2000 4000 6000 8000 10000-2-1012y移 动 平 均 滤 波 后 的 信 号0 2000 4000 6000 8000 10000-2-1012z移 动 平 均 滤 波 后 的 信 号图 3-3 静态测试位置 1 采集的原始数据及滤波数据Figure 3-3 Ooriginal data and filter data of stability test in position 1
硕士学位论文幅图的平移向量，jM 是第 j 个点的空间坐标， 1 2 1 2, , , , , , ,i i jm k k p p R t M 是利用已知量求出的像点坐标，令代价函数最小就可以获得该问题的最优解。利用Levenberg-Marquardt 最优迭代算法求解这个非线性问题，初始值是第一步线性求解得到的结果，畸变系数初始值设为 0。4.1.4 摄像机标定结果根据上述标定方法，进行摄像机标定。利用摄像机获取 20 幅图像，为了提高标定精度，减小随机误差，应该尽可能在视觉范围内的各个角度来拍摄图像同时拍摄距离也应该有一定的变化，模板放置的角度也可以有变化。拍摄时模板在摄像机前方 1 米到 2 米的距离内，采用 10×10 方格的平面标定模板，方格边长是 15mm，获取的 20 幅标定模板图像如图 4-4 所示。
本文编号：2766536
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD421.6
【图文】：
图 2-6 采煤机惯性测量单元安装示意图re 2-6 Schematic diagram of inertial measurement unit installation of s矩阵微分方程之间的相互转换通过绕不同坐标轴的 3 次连续转动来实换矩阵，变换矩阵又叫做方向余弦矩阵、姿态矩阵。坐参考坐标系n n nOx y z 首先绕 z 轴转动 角度，获得坐标系绕 y '轴转动 角度，获得坐标系 Ox '' y '' z ''，最后坐标 角度，获得了载体坐标系b b bOx y z 。 o'nz（ z ）bzz''y '( y'')nxx'''( )bx x
图 3-2 部分方向陀螺仪测试安装示意图Figure 3-2 Schematic diagram of gyroscope testing installation of part direction本文中使用的是 MPU6050 惯性传感器，采集频率是 200Hz，选择其中 10平稳的角速度数据进行分析，采集的原始数据和滤波后数据如图 3-3 所示0 2000 4000 6000 8000 10000-202x原 始 信 号0 2000 4000 6000 8000 10000-202y原 始 信 号0 2000 4000 6000 8000 10000-202z原 始 信 号0 2000 4000 6000 8000 10000-2-1012x移 动 平 均 滤 波 后 的 信 号0 2000 4000 6000 8000 10000-2-1012y移 动 平 均 滤 波 后 的 信 号0 2000 4000 6000 8000 10000-2-1012z移 动 平 均 滤 波 后 的 信 号图 3-3 静态测试位置 1 采集的原始数据及滤波数据Figure 3-3 Ooriginal data and filter data of stability test in position 1
硕士学位论文幅图的平移向量，jM 是第 j 个点的空间坐标， 1 2 1 2, , , , , , ,i i jm k k p p R t M 是利用已知量求出的像点坐标，令代价函数最小就可以获得该问题的最优解。利用Levenberg-Marquardt 最优迭代算法求解这个非线性问题，初始值是第一步线性求解得到的结果，畸变系数初始值设为 0。4.1.4 摄像机标定结果根据上述标定方法，进行摄像机标定。利用摄像机获取 20 幅图像，为了提高标定精度，减小随机误差，应该尽可能在视觉范围内的各个角度来拍摄图像同时拍摄距离也应该有一定的变化，模板放置的角度也可以有变化。拍摄时模板在摄像机前方 1 米到 2 米的距离内，采用 10×10 方格的平面标定模板，方格边长是 15mm，获取的 20 幅标定模板图像如图 4-4 所示。
【参考文献】
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2 郭晓晶;田华;李明君;;基于卡尔曼滤波算法的采煤机惯导定位方法[J];煤炭技术;2015年07期
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本文编号：2766536
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