基于SINS/GIS的井下巡检机器人组合惯性导航技术的研究
发布时间：2021-03-02 21:27
随着智能化矿山的建设,研究自主巡检机器人以实现井下无人化巡检已成为井下巡检机器人的研究重点。单一导航系统很难满足机器人在井下的自主导航要求,采用组合导航技术实现机器人在井下的精准自主导航是井下导航研究的趋势,另外,组合导航技术是涉及运动控制、环境认知定位策略、多传感器融合、路径规划的复杂课题,也是机器人的技术难点,井下巡检机器人组合导航技术的研究将为井下各类自主式机器人的开发提供参考,推动井下智能化、无人化进程。井下巡检机器人进行组合导航能够依靠的有捷联惯性导航系统（SINS）、地理信息系统（GIS）以及电机光电编码器（OE）,如何将它们进行有效的数据融合以提高巡检机器人在井下的组合导航精度和抗干扰能力是本文重点研究的内容。本文围绕着传感器导航定位原理与误差模型、多传感组合滤波结构、联邦卡尔曼滤波算法优化展开研究,具体研究内容如下:首先,分析了捷联惯性导航系统常用坐标系及坐标变换方法;针对捷联惯导系统导航参数更新算法、井下地理信息系统定位算法以及光电编码器航位推算算法进行了研究,并对三者的误差模型进行了详细推导。其次,分析了标准卡尔曼滤波以及无迹卡尔曼滤波的算法原理,结合巡检机器人组合...
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
各行Fig.1-1Inspectionro
基于SINS/GIS的井下巡检机器人组合惯性导航技术的研究2的主要问题有以下几点：（1）煤矿井下环境要求井下巡检机器人必须达到煤矿规定的防爆要求，这会增加机器人的硬件设计难度、设计成本以及实验难度；（2）井下巡检要求机器人实现长距离移动巡检任务，机器人的供电续航以及充电问题也是井下巡检机器人实用化面临的问题；（3）相比地面环境，煤矿井下环境狭孝复杂，目前针对地面巡检机器人自主导航系统的研究在井下应用时或多或少存在一些问题。图1-2煤矿轨道式和遥控式巡检机器人Fig.1-2Trackandremotecontrolinspectionrobotforcoalmine目前国内出现的井下巡检机器人主要为轨道式和遥控式，轨道式巡检机器人不仅建设成本高，建设难度大，而且机器人的活动范围会受限于轨道铺设范围致使机器人灵活性降低，遥控式巡检机器人则仍然需要工作人员进行实时遥控，自主性差。因此需要研究一种灵活性更高，自主性更强的井下巡检机器人。研究井下自主导航式巡检机器人首要解决的问题就是自主导航系统的建立，当然，单一的导航系统很难满足机器人在井下复杂环境下的自主导航要求，采用组合导航技术实现机器人在井下的精准自主导航是井下导航研究的趋势。另外，组合导航技术的研究涉及了机器人运动控制系统、环境认知定位策略、多传感器融合、路径规划等多个方面，该问题的复杂性导致了其一直是井下巡检机器人开发与研究的技术重点与难点，其研究的成果与进度是推动井下自主导航机器人发展的关键，研究价值不言而喻。因此本文仅针对井下巡检机器人的组合导航技术进行研究，对井下巡检机器人电器防爆问题以及供电续航问题暂不做讨论，本文的研究的主要目标就是建立一个适合于井下环境的基于捷联惯性导航系统/地理信息系统/光电编码器的高精度组合?
基于SINS/GIS的井下巡检机器人组合惯性导航技术的研究102SINS/GIS/OE导航原理及误差模型的分析本章首先介绍了井下巡检机器人的系统结构，重点对组合导航系统进行研究，分析了捷联惯导系统、地理信息系统、光电编码器的导航定位原理，同时推导了它们的误差模型为后续数据融合提供理论依据。2.1井下巡检机器人系统结构设计如图2-1所示，井下巡检机器人主要由六个部分构成：主控制器模块、动力和驱动系统、组合导航系统、气体传感器模块、视频监控系统以及网络通信系统[43]。图2-1井下巡检机器人系统框图Fig.2-1Blockdiagramofmineinspectionrobotsystem（1）主控制器主控制器作为井下巡检机器人控制系统的核心，主要功能有：对动力驱动系统下达动作指令，控制井下巡检机器人的前、后、左、右运动；实时采集惯性测量元
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于李群的视觉/惯性组合导航算法[J]. 王景琪,刘海颖,王馨瑶,王晓龙. 导航定位学报. 2020(02)
[2]多惯导冗余的采煤机定位原理及其合理性分析[J]. 鲁程,王世博,葛世荣,王世佳. 煤炭学报. 2019(S2)
[3]SINS/GNSS/CNS组合导航自适应容错联邦滤波方法[J]. 张闯,赵修斌,庞春雷,冯波,高超. 控制理论与应用. 2019(09)
[4]基于序贯自适应滤波的SINS/GPS组合导航方法[J]. 王毓珺. 电子设计工程. 2019(17)
[5]基于改进A*算法的移动机器人路径规划研究[J]. 吴鹏,桑成军,陆忠华,余双,方临阳,张屹. 计算机工程与应用. 2019(21)
[6]基于变权新息协方差的自适应卡尔曼滤波器[J]. 朱文超,何飞. 西华大学学报(自然科学版). 2019(04)
[7]高精度捷联惯导姿态算法的性能分析[J]. 徐志浩,周召发,徐梓皓,常振军,郭琦. 电光与控制. 2019(07)
[8]改进的Sage-Husa自适应滤波算法在MEMS航姿参考系统中的应用[J]. 路小燕,杨柳庆,郭锦,杨硕,王博豪. 导航与控制. 2019(02)
[9]基于捷联惯导和里程计的井下机器人定位方法研究[J]. 马宏伟,张璞,毛清华,周颖. 工矿自动化. 2019(04)
[10]小型绝对式光电编码器精度自动检测装置[J]. 姜铁征,万秋华,于海,赵长海,贾兴丹. 仪表技术与传感器. 2019(03)
硕士论文
[1]无迹卡尔曼滤波的改进算法及其在GPS/INS组合导航中的应用研究[D]. 洪志强.东华理工大学 2019
本文编号：3059981
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
各行Fig.1-1Inspectionro
基于SINS/GIS的井下巡检机器人组合惯性导航技术的研究2的主要问题有以下几点：（1）煤矿井下环境要求井下巡检机器人必须达到煤矿规定的防爆要求，这会增加机器人的硬件设计难度、设计成本以及实验难度；（2）井下巡检要求机器人实现长距离移动巡检任务，机器人的供电续航以及充电问题也是井下巡检机器人实用化面临的问题；（3）相比地面环境，煤矿井下环境狭孝复杂，目前针对地面巡检机器人自主导航系统的研究在井下应用时或多或少存在一些问题。图1-2煤矿轨道式和遥控式巡检机器人Fig.1-2Trackandremotecontrolinspectionrobotforcoalmine目前国内出现的井下巡检机器人主要为轨道式和遥控式，轨道式巡检机器人不仅建设成本高，建设难度大，而且机器人的活动范围会受限于轨道铺设范围致使机器人灵活性降低，遥控式巡检机器人则仍然需要工作人员进行实时遥控，自主性差。因此需要研究一种灵活性更高，自主性更强的井下巡检机器人。研究井下自主导航式巡检机器人首要解决的问题就是自主导航系统的建立，当然，单一的导航系统很难满足机器人在井下复杂环境下的自主导航要求，采用组合导航技术实现机器人在井下的精准自主导航是井下导航研究的趋势。另外，组合导航技术的研究涉及了机器人运动控制系统、环境认知定位策略、多传感器融合、路径规划等多个方面，该问题的复杂性导致了其一直是井下巡检机器人开发与研究的技术重点与难点，其研究的成果与进度是推动井下自主导航机器人发展的关键，研究价值不言而喻。因此本文仅针对井下巡检机器人的组合导航技术进行研究，对井下巡检机器人电器防爆问题以及供电续航问题暂不做讨论，本文的研究的主要目标就是建立一个适合于井下环境的基于捷联惯性导航系统/地理信息系统/光电编码器的高精度组合?
基于SINS/GIS的井下巡检机器人组合惯性导航技术的研究102SINS/GIS/OE导航原理及误差模型的分析本章首先介绍了井下巡检机器人的系统结构，重点对组合导航系统进行研究，分析了捷联惯导系统、地理信息系统、光电编码器的导航定位原理，同时推导了它们的误差模型为后续数据融合提供理论依据。2.1井下巡检机器人系统结构设计如图2-1所示，井下巡检机器人主要由六个部分构成：主控制器模块、动力和驱动系统、组合导航系统、气体传感器模块、视频监控系统以及网络通信系统[43]。图2-1井下巡检机器人系统框图Fig.2-1Blockdiagramofmineinspectionrobotsystem（1）主控制器主控制器作为井下巡检机器人控制系统的核心，主要功能有：对动力驱动系统下达动作指令，控制井下巡检机器人的前、后、左、右运动；实时采集惯性测量元
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于李群的视觉/惯性组合导航算法[J]. 王景琪,刘海颖,王馨瑶,王晓龙. 导航定位学报. 2020(02)
[2]多惯导冗余的采煤机定位原理及其合理性分析[J]. 鲁程,王世博,葛世荣,王世佳. 煤炭学报. 2019(S2)
[3]SINS/GNSS/CNS组合导航自适应容错联邦滤波方法[J]. 张闯,赵修斌,庞春雷,冯波,高超. 控制理论与应用. 2019(09)
[4]基于序贯自适应滤波的SINS/GPS组合导航方法[J]. 王毓珺. 电子设计工程. 2019(17)
[5]基于改进A*算法的移动机器人路径规划研究[J]. 吴鹏,桑成军,陆忠华,余双,方临阳,张屹. 计算机工程与应用. 2019(21)
[6]基于变权新息协方差的自适应卡尔曼滤波器[J]. 朱文超,何飞. 西华大学学报(自然科学版). 2019(04)
[7]高精度捷联惯导姿态算法的性能分析[J]. 徐志浩,周召发,徐梓皓,常振军,郭琦. 电光与控制. 2019(07)
[8]改进的Sage-Husa自适应滤波算法在MEMS航姿参考系统中的应用[J]. 路小燕,杨柳庆,郭锦,杨硕,王博豪. 导航与控制. 2019(02)
[9]基于捷联惯导和里程计的井下机器人定位方法研究[J]. 马宏伟,张璞,毛清华,周颖. 工矿自动化. 2019(04)
[10]小型绝对式光电编码器精度自动检测装置[J]. 姜铁征,万秋华,于海,赵长海,贾兴丹. 仪表技术与传感器. 2019(03)
硕士论文
[1]无迹卡尔曼滤波的改进算法及其在GPS/INS组合导航中的应用研究[D]. 洪志强.东华理工大学 2019
本文编号：3059981
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