基于空间阵列式惯性单元的防冲钻孔机器人位姿解算方法

• Published in: 煤炭学报 Vol. 47; no. 1; pp. 598 - 610
• Main Authors: 王忠宾, 司垒, 王浩, 张修峰, 赵世豪, 魏东, 谭超, 闫海峰
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 中国矿业大学机电工程学院,江苏徐州221116%山东能源集团有限公司,山东济南250014 2022
• Subjects: 防冲钻孔机器人;位姿解算;空间阵列式惯性单元;冲击地压;精确定位
• ISSN: 0253-9993
• DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.YG21.1894

TD324%TP242; 防冲钻孔机器人是冲击地压矿井卸压的关键设备,其准确定位和定姿是实现卸压作业无人化的基础和前提.通过分析国内外移动机器人及煤矿井下移动设备定位技术的特点,提出了一种基于空间阵列式惯性单元的防冲钻孔机器人位姿解算方法.在分析常规惯性传感单元定位误差类型及来源的基础上,建立了空间阵列式惯性单元数据融合模型,推导出角速度和比例加速度的融合方程,设计了空间阵列式惯性单元位姿解算流程.通过分析防冲钻孔机器人的实际运行工况,模拟了防冲钻孔机器人的曲线运动轨迹,并对钻孔机器人的位姿解算方法进行了仿真分析,仿真结果表明,在曲线运动时,空间阵列式位姿解算方法的位移和姿态角解算精度均优于原始位姿解算方法和差分式位姿解算方法.为了验证所提方法的可行性,根据现场实际情况搭建了移动载体运动工况模拟实验台,根据设定的真实轨迹曲线进行轨迹跟随及监测实验,结果表明:空间阵列式惯性单元的位姿解算精度较高,在x,y,z三轴方向的位移平均误差分别为5.83,8.76和0.84 cm,俯仰角、航偏角和横滚角的平均误差分别为0.07°,0.15°和0.06°.为了进一步验证所提方法的实用性,搭建了防冲钻孔机器人惯性单元位姿监测实验平台,进行了防冲钻孔机器人的直线行走实验,实验结果表明:基于空间阵列式惯性单元解算的钻孔机器人俯仰角、航偏角和横滚角平均误差均小于0.5°,在x,y,z三轴方向的位移平均误差均小于2.00 cm,位姿解算误差均满足实际要求,验证了所提防冲钻孔机器人位姿解算方法的可行性和有效性.