检索结果-南通市图书馆

作者：毛金根西安科技大学

学位级别：硕士

煤炭综采工作面智能化已初见成效,而目前综掘工作面智能化程度严重滞后,采掘失衡问题突出。煤矿巷道掘进智能化发展的首要任务是研发煤矿巷道掘进机器人,而掘进机器人的定位问题尤为重要。本论文针对本团队研发的煤矿巷道掘进机器人定... 详细信息

煤炭综采工作面智能化已初见成效,而目前综掘工作面智能化程度严重滞后,采掘失衡问题突出。煤矿巷道掘进智能化发展的首要任务是研发煤矿巷道掘进机器人,而掘进机器人的定位问题尤为重要。本论文针对本团队研发的煤矿巷道掘进机器人定位问题,提出了捷联惯导和数字全站仪组合定位系统。针对煤矿巷道掘进机器人的井下复杂的地质环境,根据巷道掘进定位需求分析,提出了捷联惯导和数字全站仪的组合定位系统的总体方案,将定位系统分为硬件和软件部分进行阐述。研究了捷联惯导和数字全站仪的位姿解算的基本理论,为两者信息融合提供了可靠的依据。分析捷联惯导、数字全站仪的位姿解算原理,并建立位姿解算数学模型;分析了捷联惯导和数字全站仪的位姿误差来源,并建立相应误差数学模型。研究了捷联惯导和数字全站仪的组合定位方法,实现两者数据融合,提高煤矿巷道掘进机器人的定位精度。建立了煤矿巷道掘进机器人的模型,定义其位姿,并进行导航坐标系和巷道坐标系的转换;研究了捷联惯导和数字全站仪的组合定位滤波方法,确定了紧组合间接滤波开环滤波法;建立了两者组合定位的系统状态方程和观测方程,并设计了无迹卡尔曼滤波器实现两者数据融合,输出煤矿巷道掘进机器人的精确位姿。设计了捷联惯导和数字全站仪组合定位软硬件系统,实现煤矿煤矿巷道掘进机器人的自主定位,为巷道掘进纠偏提供依据。完成了捷联惯导和数字全站仪的选型,进行了数据处理、传输等硬件系统设计,编写了捷联惯导和数字全站仪数据采集、显示界面和数据存储等软件系统。搭建了捷联惯导和数字全站仪组合定位实验平台,对组合定位方法进行实验验证。结果表明:单一捷联惯导定位误差较大,捷联惯导和数字全站仪组合定位系统能够补偿捷联惯导的累积误差,而且定位精度较高,能够满足煤矿巷道掘进机器人定位要求。

关键词：煤矿巷道掘进机器人组合定位系统捷联惯导数字全站仪

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基于惯导/全站仪组合的掘进机自主定位定向方法

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煤炭科学技术 2022年第8期50卷 189-195页

作者：马宏伟毛金根毛清华张旭辉刘博兴西安科技大学机械工程学院陕西西安710054 陕西省矿山机电装备智能检测与控制重点实验室陕西西安710054

针对目前煤矿井下掘进机定位定向不准确、自动化程度低等问题,提出了一种基于光纤惯导与数字全站仪组合的掘进机自主定位定向方法。通过分析光纤惯导与数字全站仪的组合定位定向原理,建立了光纤惯导和数字全站仪的误差模型和组合定位定... 详细信息

针对目前煤矿井下掘进机定位定向不准确、自动化程度低等问题,提出了一种基于光纤惯导与数字全站仪组合的掘进机自主定位定向方法。通过分析光纤惯导与数字全站仪的组合定位定向原理,建立了光纤惯导和数字全站仪的误差模型和组合定位定向系统的状态方程和量测方程,运用卡尔曼滤波器对组合定位定向系统的状态量与量测量进行预测估计,并考虑数字全站仪的定位精度对融合效果的影响,得到掘进机自主定位定向的融合信息。搭建了掘进机定位定向试验平台,通过运用惯导与全站仪组合的自主定位定向方法对模拟在巷道中线行走的掘进机进行了定位定向试验。试验结果表明:根据数字全站仪定位精度确定量测噪声方差R时,组合定位定向精度最高,其中x轴方向定位最大误差为0.03 m,y轴方向定位最大误差为0.02 m,航向角、俯仰角和横滚角定向误差小于0.005°,能够满足煤矿井下掘进机定位定向技术要求,解决了光纤惯导姿态角累计误差和位置发散问题,实现了掘进机的精确自主定位定向,为煤矿井下掘进工作面的智能化发展奠定良好的基础。

关键词：掘进机光纤惯导数字全站仪定位定向卡尔曼滤波

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悬臂式掘进机视觉位姿检测系统外参标定方法

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机械科学与技术 2022年第12期41卷 1928-1935页

作者：张旭辉张楷鑫张超杨文娟杜昱阳谢楠周创西安科技大学机械工程学院西安710054 陕西省矿山机电装备智能监测重点实验室西安710054

当前巷道掘进过程中高粉尘、低照度等因素严重影响外参标定精度。针对以平行激光线为特征的悬臂式掘进机位姿检测系统外参标定难题,提出一种基于数字全站仪的系统外参标定方法,详细分析系统外参标定误差对测量系统的影响。通过建立视觉... 详细信息

当前巷道掘进过程中高粉尘、低照度等因素严重影响外参标定精度。针对以平行激光线为特征的悬臂式掘进机位姿检测系统外参标定难题,提出一种基于数字全站仪的系统外参标定方法,详细分析系统外参标定误差对测量系统的影响。通过建立视觉位姿测量系统中各模块之间的坐标转换关系,对系统外参标定原理进行数学建模,利用全站仪位姿检测方法得到全站仪系统外参标定结果下机身相对于巷道的位姿,对普通外参标定结果得到的机身相对于巷道位姿进行精度评价。实验结果表明:悬臂式掘进机全站仪系统外参标定方法位置测量误差在±3 mm内,姿态角角度测量误差在0.08°内;利用全站仪系统外参标定方法得到精度结果:x、y和z方向的位置平均误差分别提高了13.073 mm、21.511 mm和18.159 mm,偏航角、俯仰角和姿态角的角度平均误差分别提高了0.225°、0.246°和0.246°。

关键词：视觉测量外参标定误差分析数字全站仪悬臂式掘进机

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煤矿护盾式掘进机器人系统精确定位研究

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工矿自动化 2022年第3期48卷 63-70页

作者：马宏伟杨金科毛清华汪强西安科技大学机械工程学院陕西西安710054 陕西省矿山机电装备智能监测重点实验室陕西西安710054

目前煤矿井下掘进装备定位方法大多采用机器视觉、里程计、全站仪等单一的辅助测量方式与惯导组合测量来抑制惯导解算随时间所产生的位置累计误差,但是单一的辅助测量方式易受井下环境的影响,位置测量存在一定的误差,从而导致与惯导组... 详细信息

目前煤矿井下掘进装备定位方法大多采用机器视觉、里程计、全站仪等单一的辅助测量方式与惯导组合测量来抑制惯导解算随时间所产生的位置累计误差,但是单一的辅助测量方式易受井下环境的影响,位置测量存在一定的误差,从而导致与惯导组合测量方法的精度降低。针对上述问题,以煤矿护盾式掘进机器人系统为研究对象,提出了一种捷联惯导+数字全站仪+位移传感器的组合定位方法。首先采用捷联惯导解算出掘进机器人的位置与姿态角参数;然后利用数字全站仪测量的掘进机器人位置信息与位移传感器推算的掘进机器人位置信息对捷联惯导解算出的位置信息进行反馈修正,以减小惯导随时间所产生的位置累计误差;最后利用基于联邦滤波器的多信息融合算法将捷联惯导解算出的位置及姿态角信息、全站仪测量得到的位置信息及位移传感器推算得到的位置信息进行融合,从而得到掘进机器人准确的位姿信息。仿真及工业性试验结果表明:该组合定位方法能够很好地抑制纯惯导位置解算误差累计,实现煤矿护盾式掘进机器人的精确定位,x轴和y轴方向上的位置误差分别控制在±0.03 m和±0.02 m,满足井下掘进工作面要求。

关键词：煤矿护盾式掘进机器人精确定位组合惯性测量联邦滤波捷联惯导数字全站仪位移传感器多信息融合

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护盾式掘进机器人系统精确定位与自主纠偏方法研究

护盾式掘进机器人系统精确定位与自主纠偏方法研究

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作者：杨金科西安科技大学

学位级别：硕士

针对夹矸与片帮共存的大断面巷道掘进难题,本团队研发了护盾式煤矿巷道掘进机器人系统。为了提高护盾式掘进机器人系统的定位和纠偏精度,本文借助于惯性测量技术、多传感器信息融合技术、先进PID控制技术等,研究煤矿护盾式掘进机器人系... 详细信息

针对夹矸与片帮共存的大断面巷道掘进难题,本团队研发了护盾式煤矿巷道掘进机器人系统。为了提高护盾式掘进机器人系统的定位和纠偏精度,本文借助于惯性测量技术、多传感器信息融合技术、先进PID控制技术等,研究煤矿护盾式掘进机器人系统的精确定位与自主纠偏方法。研究了护盾式掘进机器人的系统构成和工作原理,提出了煤矿护盾式掘进机器人系统的精确定位与自主纠偏总体方案;分析了掘进机器人系统的工作环境,提出了“捷联惯导+数字全站仪+位移传感器”的组合定位方案;分析了掘进机器人系统的行走特点,提出了基于定位误差的推移油缸位移精确控制的纠偏方案。分析并确定了“捷联惯导+数字全站仪+位移传感器”型号及其安装位置,研究了捷联惯导、数字全站仪及位移传感器的位姿测量原理,分别建立了捷联惯导、数字全站仪及位移传感器的位姿解算数学模型,并推导了各自的位姿测量误差数学模型。研究了“捷联惯导+数字全站仪+位移传感器”的组合定位方法,通过数字全站仪和位移传感器共同测量的位置信息辅助修正捷联惯导系统解算得到的掘进机器人的位置及姿态角信息。研究了“捷联惯导+数字全站仪+位移传感器”的组合定位滤波算法与结构,确定了联邦滤波器设计步骤,建立了基于联邦滤波算法的组合定位方法的状态方程和量测方程,设计了联邦滤波器,实现了三者位姿测量信息的融合。针对护盾式掘进机器人系统在其掘进过程中偏离巷道设计中线的问题,研究了护盾式掘进机器人系统位姿纠偏机理,建立了护盾式掘进机器人系统的位姿纠偏控制数学模型,提出了基于“捷联惯导+数字全站仪+位移传感器”多信息融合的位姿纠偏控制策略和基于模糊PID算法的推移油缸伸缩量精确控制的方法,通过多个推移油缸行程控制实现护盾式掘进机器人系统的纠偏。最后,在煤矿井下针对护盾式掘进机器人系统进行了组合定位方法与纠偏功能实验,实验表明:该组合定位方法抑制了纯惯性导航位置解算误差,提高了护盾式掘进机器人系统的定位与纠偏精度,满足煤矿井下巷道掘进工艺要求。

关键词：护盾式掘进机器人系统捷联惯导数字全站仪位移传感器精确定位自主纠偏

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