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1、仪器仪表/检测/监控现代制造工程2009年第4期3一种深海采矿车自主定位系统研究彭兰(中南大学机电工程学院,长沙410083)摘要:深海采矿车定位系统是其自主导航、路径规划等的基础。针对深海钴结壳矿区地形不平坦,采矿车作业环境恶劣,车体打滑严重等复杂情况,设计了一种基于从动轮测速的航位推算定位方法。用不同时刻、不同斜面复合三维地形的方法,建立非平坦地形上作业采矿车的航位推算模型,采用电子罗盘、角位移传感器等测量采矿车的动态参数,实现采矿车连续、实时定位。试验结果表明该定位系统能适应复杂的工作条件,有较高的定位精度。关键词:定位
2、;采矿车;航位推算;从动轮中图分类号:TP24216文献标识码:A文章编号:1671—3133(2009)04—0083—05Studyononekindofdeep2seaminingvehiclepsindependentorientationsystemPENGLan(CollegeofMechanicalandElectricalEngineeringofCSU,Changsha410083,CHN)Abstract:Theindependentorientationsystemofdeep2seaminingvehi
3、cleisthebaseofautonomousnavigation,pathtracking.Takingintoaccountcomplexworkingenvironment,unevenphysiognomyofdeep2sea,skidofminingvehiclepswheel,lowsurround2ingvisibilityandsoon,amethodofdeep2seaminingvehiclepsorientationbasedondeadreckoningwasbroughtforward.Thedea
4、dreckoningcancarryoutbysettingupkinematicsmodelofminingvehicleondifferentuneventerrainatdifferenttimes,sensorssuchascompassandangulardisplacementsensorsmeasurethedynamicparametersinformation,whichmakesthecontinuousreal2timeorientationcometrue.Theresultofexperimentsh
5、owitadaptstocomplexworkingenvironmentwithhighprecision.Keywords:orientation;miningvehicle;deadreckoning;drivenwheelO深海钴结壳微地形不平坦,高低起伏,集结方式对于{E}的姿态矩阵为ET,定义以下3个角度参数作多样化,采矿车工作时将会搅起矿车周围大量的沉积为实施坐标转换的角度:α为俯仰角,表示车体坐标系物,使得基于视觉的定位方法失效,同时会严重干扰的OX轴对水平面的倾角,抬艏方向为正;β为横滚基于声学的定位系统。声
6、学导航要求事先在工作海角,表示车体坐标系的OY轴对水平面的倾角,向右侧域布设位置精确已知的参考基阵,且维护费用较高,翻滚为正;γ为航向角,表示车体坐标系OX在水平面而地图匹配定位要求在AUV计算机中事先存储精确的投影与大地坐标系Eξ轴的夹角。[1]的海底地图。为实现最优经济开采,海底采矿车定O该姿态变化通过如下的组合得到姿态矩阵ET为:位首先应考虑对深海采矿环境的适应性、实时性;推O算方法具有成本低ET=Rot(ζ,γ)Rot(ηnew,α)Rot(ξnew′,β′),原理简单,对外部环境依赖小,计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
7、⋯⋯(1)算量少,实时性强等优点,在一段时间内能保持较高[2,3]式中:Rot(ζ,γ)为大地坐标系围绕Eζ轴旋转γ角;Rot的精度,应将其作为深海定位中重要手段之一。(ηnew,α)为新坐标系围绕Eηnew旋转α角;1坐标系的建立和转换Rot(ξnew′,β′)为再围绕新的坐标轴Eξnew′旋转β′角,β′[4]建立大地坐标系E-ξηζ和车体坐标系O-XYZ,角不等于β角。以大地坐标系{E}为参考坐标系,车体坐标系{O}相设OY轴在ξEη平面内的投影与Eη轴的夹角为3国务院大洋专项项目(DY105-03-2)83现代制造工程
8、2009年第4期仪器仪表/检测/监控ψ,根据几何关系推导得:令δ=γ-ψ,有δ=arcsin(tanαtanβ),据方向余弦Osin(ψ-γ)=tanαtanβ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(2)法求得ET为:cosαcosγcosβsin(γ-δ)-cosαsinβsinγ-cosβs
