煤矿掘进机动态位姿组合式测量方法的研究
发布时间：2021-02-27 11:57
煤炭是我国非常重要的基础能源,以煤为主要能源的能源结构在未来相当长时间内是不会改变的,这也使得煤炭资源安全高效开发利用技术成为了国内外学者研究的热点领域。最有效的方案之一是实现煤矿生产装备机械化及自动化,从而实现井下综采工作面无人或少人开采。而煤矿掘进机自主位姿测量技术是实现智能化无人或少人煤炭开采的关键技术之一,其对保证煤矿施工的安全和智能化管理具有重要意义。本论文提出并实现了一套组合式的煤矿掘进机动态位姿测量系统。该系统采用惯导与里程计相结合的方式共同完成掘进机位姿测量,并且使用相机拍摄激光指向仪打到煤面的光斑位置,再配合激光测距仪解算出掘进机相对于计划线的位置偏移量,利用此偏移量对测量的位姿进行修正,从而使得最终测得的掘进机位姿更加准确。本论文主要完成的工作如下:（1）研究分析了国内外现有的煤矿掘进机位姿测量方法,总结出这些方法的优势和不足,明确了本论文的研究方向和目标,提出了视觉/里程计/惯导的组合位姿测量方法。（2）完成了系统总体方案的设计,对系统的功能和结构进行了设计描述,绘制出系统的功能框图和结构框图。（3）系统的硬件设计,完成了主控制核心电路板和通信底板原理图及PCB的...
【文章来源】：天津科技大学天津市
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 前言
1.1 研究背景及意义
1.1.1 研究背景
1.1.2 研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 主要研究内容及论文章节安排
1.3.1 主要研究内容
1.3.2 论文章节安排
2 煤矿掘进机动态位姿测量方法
2.1 纯惯性导航位姿测量方法
2.1.1 定位坐标系的定义
2.1.2 捷联式惯性导航基本位姿方程
2.1.3 纯惯性导航位姿测量的优缺点
2.2 里程计/惯导组合位姿测量方法
2.2.1 航位推算算法
2.2.2 里程计/惯导组合的掘进机位姿测量方法
2.2.3 里程计/惯导组合位姿测量的优缺点
2.3 视觉/里程计/惯导组合位姿测量方法
2.3.1 视觉位置偏移测量
2.3.2 视觉/里程计/惯导位姿测量方法
3 煤矿掘进机动态位姿组合式测量系统的设计
3.1 系统总体方案设计
3.1.1 系统功能分析
3.1.2 系统结构设计
3.2 系统硬件设计
3.2.1 嵌入式主控制系统硬件电路设计
3.2.2 视觉测偏单元设计
3.3 软件系统设计
3.3.1 嵌入式平台选择
3.3.2 嵌入式应用程序设计
4 系统实现与测试
4.1 系统实现
4.1.1 系统各部分功能实现
4.1.2 里程计/惯导组合位姿测量实现
4.1.3 视觉测偏实现
4.1.4 位姿校准功能实现
4.2 系统整体测试环境搭建
4.3 测试流程
4.4 测试结果及分析
4.4.1 惯导姿态角静态漂移和动态稳定性分析
4.4.2 视觉测偏单元位置偏移量测量精度分析
4.4.3 里程计/惯导组合位姿测量精度分析
4.4.4 视觉/里程计/惯导组合位姿测量精度分析
4.5 视觉/里程计/惯导组合位姿测量应用
5 结论
5.1 全文总结
5.2 论文的创新点
5.3 论文的不足之处
6 展望
7 参考文献
8 致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]煤矿给排水设计探讨[J]. 赵爱华. 科技经济导刊. 2018(10)
[2]煤矿无人工作面开采技术分析[J]. 时坦,孙成岱,李鹏. 山东工业技术. 2018(05)
[3]基于模糊AKF地磁辅助导航的采煤机定位方法[J]. 毛君,钟声,马英. 传感器与微系统. 2018(03)
[4]煤矿及煤矿绿色开采技术分析[J]. 张克学. 科技创新与应用. 2017(36)
[5]基于掘进机位姿的特征检测技术研究[J]. 郭卫,王巍,杨鹏飞,葛红玉. 激光杂志. 2017(12)
[6]矿井电磁环境机电系统抗干扰研究[J]. 王如松,刘青川,崔俊霞. 煤炭技术. 2017(11)
[7]煤矿安全与强化开采综合技术探讨[J]. 王俊龙. 能源与节能. 2017(07)
[8]基于超宽带定位的掘进机姿态监测仿真与实验研究[J]. 崔柳,徐会军,刘治翔,谢苗. 煤炭学报. 2017(S1)
[9]基于惯性测量的悬臂式掘进机位姿自动定位[J]. 呼守信. 机电产品开发与创新. 2017(03)
[10]煤矿用传感器开关电源电磁干扰抑制方法[J]. 梁博,刘春富,冯文彬. 煤矿安全. 2017(03)
博士论文
[1]SINS/WSN组合定位下采煤机精确位姿感知理论及技术研究[D]. 杨海.中国矿业大学 2016
[2]高冲击韧性锚杆吸能减冲原理及应用[D]. 付玉凯.煤炭科学研究总院 2015
[3]水下航行器导航及数据融合技术研究[D]. 杨峻巍.哈尔滨工程大学 2012
[4]TDI CCD相机图像采集与处理系统研究[D]. 张明宇.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2011
硕士论文
[1]基于ARM的采煤机捷联惯性导航定位定姿系统研究[D]. 司卓印.中国矿业大学 2017
[2]采煤机动态精准定位方法研究[D]. 张博渊.中国矿业大学 2017
[3]基于MEMS与智能手机电子罗盘的室内定位与导航算法研究[D]. 代汝勇.北京工业大学 2016
[4]基于捷联惯导的采煤机位姿解算算法研究[D]. 张露.西安科技大学 2014
[5]悬臂式掘进机的行走姿态定位研究[D]. 沈小燕.西安建筑科技大学 2014
[6]双目立体视觉与惯导融合里程估计方法[D]. 黄鸿.浙江大学 2014
本文编号：3054198
【文章来源】：天津科技大学天津市
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 前言
1.1 研究背景及意义
1.1.1 研究背景
1.1.2 研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 主要研究内容及论文章节安排
1.3.1 主要研究内容
1.3.2 论文章节安排
2 煤矿掘进机动态位姿测量方法
2.1 纯惯性导航位姿测量方法
2.1.1 定位坐标系的定义
2.1.2 捷联式惯性导航基本位姿方程
2.1.3 纯惯性导航位姿测量的优缺点
2.2 里程计/惯导组合位姿测量方法
2.2.1 航位推算算法
2.2.2 里程计/惯导组合的掘进机位姿测量方法
2.2.3 里程计/惯导组合位姿测量的优缺点
2.3 视觉/里程计/惯导组合位姿测量方法
2.3.1 视觉位置偏移测量
2.3.2 视觉/里程计/惯导位姿测量方法
3 煤矿掘进机动态位姿组合式测量系统的设计
3.1 系统总体方案设计
3.1.1 系统功能分析
3.1.2 系统结构设计
3.2 系统硬件设计
3.2.1 嵌入式主控制系统硬件电路设计
3.2.2 视觉测偏单元设计
3.3 软件系统设计
3.3.1 嵌入式平台选择
3.3.2 嵌入式应用程序设计
4 系统实现与测试
4.1 系统实现
4.1.1 系统各部分功能实现
4.1.2 里程计/惯导组合位姿测量实现
4.1.3 视觉测偏实现
4.1.4 位姿校准功能实现
4.2 系统整体测试环境搭建
4.3 测试流程
4.4 测试结果及分析
4.4.1 惯导姿态角静态漂移和动态稳定性分析
4.4.2 视觉测偏单元位置偏移量测量精度分析
4.4.3 里程计/惯导组合位姿测量精度分析
4.4.4 视觉/里程计/惯导组合位姿测量精度分析
4.5 视觉/里程计/惯导组合位姿测量应用
5 结论
5.1 全文总结
5.2 论文的创新点
5.3 论文的不足之处
6 展望
7 参考文献
8 致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]煤矿给排水设计探讨[J]. 赵爱华. 科技经济导刊. 2018(10)
[2]煤矿无人工作面开采技术分析[J]. 时坦,孙成岱,李鹏. 山东工业技术. 2018(05)
[3]基于模糊AKF地磁辅助导航的采煤机定位方法[J]. 毛君,钟声,马英. 传感器与微系统. 2018(03)
[4]煤矿及煤矿绿色开采技术分析[J]. 张克学. 科技创新与应用. 2017(36)
[5]基于掘进机位姿的特征检测技术研究[J]. 郭卫,王巍,杨鹏飞,葛红玉. 激光杂志. 2017(12)
[6]矿井电磁环境机电系统抗干扰研究[J]. 王如松,刘青川,崔俊霞. 煤炭技术. 2017(11)
[7]煤矿安全与强化开采综合技术探讨[J]. 王俊龙. 能源与节能. 2017(07)
[8]基于超宽带定位的掘进机姿态监测仿真与实验研究[J]. 崔柳,徐会军,刘治翔,谢苗. 煤炭学报. 2017(S1)
[9]基于惯性测量的悬臂式掘进机位姿自动定位[J]. 呼守信. 机电产品开发与创新. 2017(03)
[10]煤矿用传感器开关电源电磁干扰抑制方法[J]. 梁博,刘春富,冯文彬. 煤矿安全. 2017(03)
博士论文
[1]SINS/WSN组合定位下采煤机精确位姿感知理论及技术研究[D]. 杨海.中国矿业大学 2016
[2]高冲击韧性锚杆吸能减冲原理及应用[D]. 付玉凯.煤炭科学研究总院 2015
[3]水下航行器导航及数据融合技术研究[D]. 杨峻巍.哈尔滨工程大学 2012
[4]TDI CCD相机图像采集与处理系统研究[D]. 张明宇.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2011
硕士论文
[1]基于ARM的采煤机捷联惯性导航定位定姿系统研究[D]. 司卓印.中国矿业大学 2017
[2]采煤机动态精准定位方法研究[D]. 张博渊.中国矿业大学 2017
[3]基于MEMS与智能手机电子罗盘的室内定位与导航算法研究[D]. 代汝勇.北京工业大学 2016
[4]基于捷联惯导的采煤机位姿解算算法研究[D]. 张露.西安科技大学 2014
[5]悬臂式掘进机的行走姿态定位研究[D]. 沈小燕.西安建筑科技大学 2014
[6]双目立体视觉与惯导融合里程估计方法[D]. 黄鸿.浙江大学 2014
本文编号：3054198
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