煤矿井下移动机器人自主定位方法研究

发布时间：2020-08-08 18:40

【摘要】：由于煤矿生产系统庞大复杂,工作环境恶劣,在煤矿生产过程中引入机器人技术将在未来煤矿少人或无人化开采中发挥重要作用,而机器人定位技术是机器人技术研究的重点,目前常用的地面机器人定位技术在煤矿井下受环境恶劣、巷道转弯多、能见度低、煤壁对信号吸收严重等条件的影响,本文提出一种以捷联惯导和里程计组合定位为核心的煤矿井下移动机器人定位方法。针对煤矿井下移动机器人定位难、精度低的问题,研究分析了捷联惯导系统的基本定位理论;同时通过对捷联惯导惯性元件误差进行建模,完成惯性元件的标定实验,得到惯性元件的标定结果,为进一步研究和应用奠定了基础。针对捷联惯导系统初始指向不明的问题,提出了一种基于卡尔曼滤波的捷联惯导初始对准方法,实验表明该方法有效的提高了对准精度以及速度,为捷联惯导系统位姿解算提供了保障。针对捷联惯导系统位姿解算精度不高的问题,分析影响位姿解算精度的影响因素;利用等效旋转矢量算法有效的补偿了圆锥误差以及划桨误差,同时建立了位姿解算模型,通过卡尔曼滤波对系统误差进行修正;通过机器人实测分析,显示该方法有效的提高了位姿解算精度。针对捷联惯导系统定位精度受振动影响较大的问题,设计了一种捷联惯导减振系统;通过ANSYS软件仿真对捷联惯导减振系统进行瞬态动力学分析,对比分析了减振系统的振动性能,验证了该减振系统的可行性。针对基于捷联惯导的煤矿井下移动机器人定位精度不高的问题,提出一种基于捷联惯导和里程计的煤矿井下移动机器人组合定位方法,根据各传感器的应用特点,建立了捷联惯导和里程计的误差模型,对传感器进行了信息预处理,利用卡尔曼滤波算法完成了对机器人位姿的估计。最后,在煤矿井下移动机器人实验平台上,对本文提出的定位方法进行了实测分析,结果验证了本文提出的定位方法能为机器人提供较好的位姿估计。
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP242
【图文】：

三轴转台,惯性导航系统,安装误差,因数

西安科技大学硕士学位论文差的标定误差是捷联惯导系统的主要误差源，须通过标定方法 2.2 节对惯性元件的建模分析，可以确定陀螺仪和加度因数误差、安装误差以及零偏，本节将利用静态位进行标定。度因数误差及安装误差标定定而言，无论是标度因数还是其安装误差，一般需要然地球自转速率一定，不过其自转速率很小，所以需转台来完成上述标定，如图 2.7 所示，将捷联惯导系向，使转台坐标系与地理坐标系重合。Y（U）

三轴转台,惯性导航系统,惯性传感器,标定参数

azzxzyzaMAaMAaSF ，1 1 112 12 12x y zx y za a aaa a a ， 11a△V ，可得NVMaa △ 可以求得：1( )Ta aaM V V V a △ △ △ 计的所有待标定参数，通过求解M ，即可得出所有这里可以标定出各个位置下的速率，由于其直接利相对简单，使用方便。节的标定方法，本节利用西安科技大学 METI 团队用的三轴旋转台以及惯性传感器的安装如图 2.10

变化曲线,失准角,变化曲线

西安科技大学硕士学位论文针对初始对准的仿真，本节采取一段捷联惯导系统的初始输出数据进行分析，该段数据采集时间为 300s，由于初始信息确定的载体坐标系和导航坐标系存在失准角，所以仿真结果将对北向失准角、东向失准角、方位失准角的变化进行分析，所得仿真结果如图 3.1、图 3.2、图 3.3 所示：

【参考文献】