基于TSOA定位原理混合算法的掘进机位姿检测方法
刘超
符世琛
成龙
刘丹
沈阳
吴淼
1.中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院,北京,1000832.中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院,北京,1000833.中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院,北京,1000834.中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院,北京,1000835.中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院,北京,1000836.中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院,北京,100083
摘要：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15m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.
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
分类号：TD421.5(矿山机械)TD676(矿山电工)
资助基金：国家自然科学基金(51874308)国家自然科学基金(U161020003)
论文发表日期：2019-01-01
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：10( 1255-1264 )
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