基于捷联惯导和推移油缸信息融合的智能掘进机器人位姿测量方法

华洪涛，马宏伟，毛清华，石金龙，张羽飞

(1.西安科技大学 电气与控制工程学院，陕西 西安 710054；2.西安科技大学 机械工程学院，陕西 西安 710054；3.陕西省矿山机电装备智能监测重点实验室，陕西 西安 710054)

煤炭生产装备智能化是煤炭绿色安全高效发展的关键[1]。针对煤矿巷道掘进存在地质复杂、工艺装备落后，作业人员偏多，操作环境恶劣，安全风险严峻，采快掘慢失衡等问题[2]，深入研究综掘工作面的智能化问题显得十分重要，而掘进机的位姿测量是综掘工作面智能化的重要前提。掘进机工作时传统的定向方法是借助一束与巷道预设方向平行的激光来指向，掘进机司机依照该方向手动控制掘进机完成纠偏，该方法掘进精度低，测量工作量大且人员安全得不到保障。针对掘进机的位姿测量提出了很多新的方法，大致可以总结为基于激光导向器测量系统[3，4]、基于机器视觉测量系统[5，6]和基于惯性测量系统[7]。

激光导向器测量系统是目前应用最广泛的导向系统，其原理是通过对掘进机的距离和角度进行测量，再经过解算得到掘进机位姿数据，例如德国VMT公司研发的SLS-T系统[8]，该系统通过对透过旋转阴屏的激光强度进行检测，当光强达到最大时，根据此时阴屏的旋转角度来计算掘进机的方向角，该系统实时性好，但需要的操作人员数量较多。机器视觉测量系统是通过采集待测物体的几何特征，利用成像模型从而解算出目标物体的位姿信息，在文献[9]中，卡内基梅隆大学基于机器视觉研发了一套掘进机导向系统，但由于煤矿井下环境恶劣，粉尘大，导致该系统无法在大倾角煤矿巷道内使用；……