基于BDS和IMU的挖掘机铲斗位姿测量方法与试验

TU621%S222.5; 为提高农田建设中挖掘机施工作业精度和智能化程度,该研究提出了一种基于北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)和惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)的挖掘机铲斗位姿测量方法.首先,采用IMU测量挖掘机各执行机构的姿态角信息,解算获得挖掘机车体坐标系下铲斗末端的三维坐标,利用双天线BDS和IMU检测车体的位置和姿态建立了挖掘机铲斗末端三维坐标的实时解算模型,并设计了融合双天线BDS和IMU输出高频率高精度位姿的卡尔曼滤波算法.模拟挖掘机实际施工场景进行了静态和动态试验,采用全站...

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Published in农业工程学报 Vol. 38; no. 23; pp. 12 - 19
Main Authors 胡炼, 彭靖怡, 赖桑愉, 冯达文, 陈高隆, 王晨阳, 罗锡文
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 岭南现代农业科学与技术广东省实验室,广州 510642%华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室,广州 510642 01.12.2022
华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室,广州 510642
Subjects
BDS
IMU
挖掘机
坐标转换
位姿测量
农业机械
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ISSN1002-6819
DOI10.11975/j.issn.1002-6819.2022.23.002

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Summary:TU621%S222.5; 为提高农田建设中挖掘机施工作业精度和智能化程度,该研究提出了一种基于北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)和惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)的挖掘机铲斗位姿测量方法.首先,采用IMU测量挖掘机各执行机构的姿态角信息,解算获得挖掘机车体坐标系下铲斗末端的三维坐标,利用双天线BDS和IMU检测车体的位置和姿态建立了挖掘机铲斗末端三维坐标的实时解算模型,并设计了融合双天线BDS和IMU输出高频率高精度位姿的卡尔曼滤波算法.模拟挖掘机实际施工场景进行了静态和动态试验,采用全站仪验证铲斗末端三维坐标解算值.试验结果表明,该方法能准确实时测量挖掘机铲斗末端三维坐标,挖掘机铲斗末端三维坐标解算值与全站仪实测值的运动轨迹变化一致,同一时刻空间两坐标点距离均方根偏差小于30 mm,三个轴向坐标动态测量均方根偏差均在20 mm内,绝对偏差≤30 mm的数据占比不低于95.35％,挖掘机铲斗位姿的准确测量为挖掘机精准施工智能引导提供了基础.
ISSN:1002-6819
DOI:10.11975/j.issn.1002-6819.2022.23.002