组合导航定位系统研究

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1、组合导航定位系统研究摘要掘进机是煤矿生产的主要机械装备之一，为使其高效、安全工作，满足人工化和智能化的发展趋势，设计了基于惯性导航系统和全站仪的悬臂式掘进机机身导航定位系统。本文将掘进机简化成两条履带，其它部件略去，建立掘进机机器人化数学模型。分别分析了基于全站仪和惯性导航系统的掘进机自动导航和定位技术的原理和特点，结合两者优点，将惯性导航系统和全站仪有机结合，介绍两系统相组合的巷道导航系统，并对组合系统在掘进机在使用中的导航和定位原理进行说明。关键词智能控制；悬臂式掘进机；全站仪；惯性导航系统中图分类号TP273文献标识码AResearchofCombinedNavigationa

2、ndOrientationSystemWANGJing-jing1TONGMin-ming1LiuBin1l(SchoolofInformationandElectricalEngineering,ChinaUniversityofMiningandTechnology,Xuzhou221008，China)【Abstract】Theboom-typeroadheaderisoneoftheimportantmachineequipmentofcollieryproduction.Inordertomakeitmoresafetyandhighefficiencyandtomeett

3、hedevelopmenttrendofartificializationandintelligent,wedesignedanavigationandorientationsystembasedoninertialnavigationsystemandelectronictotalstation.Inthispaper,boom-typeroadheadersimplifiedintotwocrawlerstoestablishthemathematicalmodel.Thispaperanalyzedboom-typeroadheader’snavigationandorient

4、ationtechnologybasedoninertialnavigationsystemandelectronictotalstationrespectively,combinedinertialnavigationsystemandelectronictotalstationconsideringtheiradvantages,introducedatunnelguidesystemcomposedofinertialnavigationsystemandelectronictotalstation,andexplaineditsapplicationtoboom-typero

5、adheader.[Keywords]IntelligentControlBoom-typeRoadheaderElectronicTotalStationInertialnavigationsystem0引言随着科学技术的不断发展，悬臂式掘进机不仅广泛应用于煤矿巷道掘进工作中，而且在铁路、公路等工程隧道施工中也有广阔的应用前景。目前，掘进机(boom-typeroadheader)在我国掘进工作得到广泛的应用，特别是悬臂式部分断面掘进机，但由于掘进过程中工作面粉尘较大，作业现场光线差，完全依赖掘进机司机手工操作，通过目视断面上的激光光斑控制掘进机截割头在断面上截割，容易导致操作手劳

6、动强度较大，舒适性较差，生产效率低、出现巷道超截和欠截现象，掘进工程质量很大程度上取决于司机的经验和熟练程度。但随着社会的不断发展，要求巷道施工向安全、舒适、高效等方向发展，因此，在煤矿工作中需要高自动化、高智能化的采掘设备，而掘进机自动导航和定位技术是实现掘进机自动化和智能化的基础，因而掘进机自动导航和定位技术成为研究热点［1］。基金项目：国家863计划重点项目：煤矿井下采掘装备遥控关键技术(2007AA06ZXl46110)FoundationItems:TheNational863Program:TheKeyTechnologyofMiningEquipmentRemoteCo

7、ntrolinCoalMine.1掘进机空间位姿的定义掘进机自动导航和定位实质上［1］就是检测掘进机在设计巷道中的位置和姿态（简称“位姿”）。设计巷道坐标系由激光指向仪所发出的激光束和巷道断面设计参数决定。因此，掘进机相对于指向激光的位姿检测成为掘进机自动导航和定位技术的关键。悬臂掘进机机身位姿参数由以下四个参数（）描述，如图1所示。为了实现对悬臂掘进机的位姿纠偏、定向掘进，需要实时准确获取悬臂掘进机的位姿参数信息。为了建立掘进机机器人化数学模型，对悬臂掘