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  • ISSN:0253-9993
  • CN: 11-2190/TD

《煤炭学报》

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基于 TSOA 定位原理混合算法的掘进机位姿检测方法

DOI:

10. 13225 / j. cnki. jccs. 2018. 1432

作者(Author):

  • 刘超
  • 符世琛
  • 成龙
  • 刘丹
  • 沈阳
  • 吴淼

作者单位:

  • 中国矿业大学(北京) 机电与信息工程学院

关键词:

  • 掘进机位姿检测
  • 混合算法
  • TSOA定位原理
  • 超宽带
  • Taylor级数展开
  • 精度分析
  • 摘要
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为实现掘进机的位姿检测,提出了一种面向掘进机的混合算法的位姿检测方法。基于超宽带(Ultra-wideband) 测距和(Time Summation of Arrival,TSOA)定位原理,系统地推导了混合算法的计算过程,将间接法得到的定位点初始坐标代入Taylor级数展开法,循环迭代,通过混合算法得到了掘进机的坐标值,将坐标值代入姿态角解算公式得到了掘进机的姿态角。实际实验中需要其他测量方式的标定才可验证真值,且任何测量方式均有误差,因此基于MATLAB进行仿真分析研究规律。绘制了混合算法程序流程图,仿真对比了间接法和混合算法在15 m和90 m的定位点空间分布状态、三轴误差,以及2种算法在10~100 m的测量范围内定位点均方根误差和三轴均方根误差变化情况,分析了混合算法在15 m和90 m的姿态角精度,仿真结果表明:混合算法的定位性能优于间接法,精度高于间接法,姿态角误差可控制在0.008°以下。搭建了掘进机位姿检测系统实验平台,在模拟巷道中进行了实验验证,完整地采集了UWB测距的相关数据,在MATLAB中通过曲线拟合绘制了误差随距离变化的曲线图,得到了误差随测量距离变化的规律,实验结果表明:在3~94 m测量范围内,X轴误差可控制在4 cm以内,Y轴误差可达到毫米级,Z轴误差随测量距离增大而增大。为实现综掘装备的自主导控提供了理论基础。

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