基于捷聯慣導的懸臂式掘進機位姿解算算法研究

鄭偉雄，沈 陽，馬浚清，胡立同，符世琛，吳 淼

(1.中國礦業大學(北京) 機電與信息工程學院，北京 100083；2.棗莊礦業(集團)付村煤業有限公司，山東 濟寧 277605)

隨著我國煤炭開采的不斷深入，煤炭開采的深度和難度越來越大，煤炭生產安全形勢日益嚴峻，實現無人采掘技術、智能采掘技術有重要意義，而掘進機位姿的自動檢測又是實現采掘無人化的基礎[1]。目前已經有許多掘進機位姿檢測的技術，如基于激光指向器、全站儀、iGPS、UWB的檢測技術等，這些檢測方法在某些方面仍有不足[2，3]。激光指向器法只能達到定向功能，不能精確檢測掘進機的位姿；全站儀在大量粉塵并且照明差的井下環境中，測量結果可能不準確；iGPS技術由于技術限制了測量距離只能短距離測量；基于UWB的位姿檢測技術在Z軸上的誤差較大，不能滿足使用要求。

捷聯慣導技術是一種不受外界干擾、結構簡單、測量范圍廣、精度高的導航技術，并能夠實現實時測量、自主測量。捷聯慣導技術的位姿解算算法決定著計算的復雜性和解算結果的精度，而捷聯慣導系統的位姿解算算法包括姿態和位置解算算法兩個部分。國內外研究學者對位姿解算算法進行了深入的推導和研究，1971年Bortz[4]提出了等效旋轉矢量法，之后，Robin[5]對等效旋轉矢量法的單子樣、雙子樣和三子樣算法進行了分析比較，對該領域做出了巨大的貢獻。吳簡彤等從計算精度上對歐拉角法、四元數法、方向余弦法和等效旋轉矢量法進行了分析比較，四元數法和等效旋轉矢量法精度更高且姿態更新周期較小，優于其它兩種算法[6]。……