基于捷联惯导和里程计的井下机器人定位方法研究

马宏伟, 张璞, 毛清华, 周颖

马宏伟，张璞，毛清华，等.基于捷联惯导和里程计的井下机器人定位方法研究［J］.工矿自动化，2019,45（4）：35-42.. DOI: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018100054
引用本文: 马宏伟，张璞，毛清华，等.基于捷联惯导和里程计的井下机器人定位方法研究［J］.工矿自动化，2019,45（4）：35-42.. DOI: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018100054
shu
MA Hongwei, ZHANG Pu, MAO Qinghua, ZHOU Ying. Research on positioning method of underground robot based on strapdown inertial navigation and odometer[J]. Journal of Mine Automation, 2019, 45(4): 35-42. DOI: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018100054
Citation: MA Hongwei, ZHANG Pu, MAO Qinghua, ZHOU Ying. Research on positioning method of underground robot based on strapdown inertial navigation and odometer[J]. Journal of Mine Automation, 2019, 45(4): 35-42. DOI: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018100054
shu

基于捷联惯导和里程计的井下机器人定位方法研究

  • 西安科技大学 机械工程学院， 陕西 西安710054

基金项目: 

陕西省创新人才计划项目（2018TD-032）

详细信息

  • 中图分类号: TD67

Research on positioning method of underground robot based on strapdown inertial navigation and odometer

  • College of Mechanical Engineering, Xi''an University of Science and Technology, Xi''an 710054, China

摘要

    摘要
  • 摘要: 针对现有煤矿井下移动机器人定位方法存在定位难、精度低的问题，提出了一种基于捷联惯导和里程计的井下机器人定位方法。该方法利用卡尔曼滤波对捷联惯导进行初始对准，以此确定定位的初始坐标，得到初始姿态转换矩阵；利用捷联惯导独立完成机器人位置解算，同时利用里程计输出的速度信息与捷联惯导输出的实时姿态转换矩阵进行航位推算解算，再次得到机器人的位置信息；为了减少累积误差对捷联惯导的影响，使用里程计和捷联惯导构成航位推算系统，采用Sage-Husa自适应滤波设计组合定位算法，选择误差作为系统状态，经过滤波计算和校正，可获得机器人的精确位置信息。实验结果表明，该方法可实现机器人实时定位，有效减少捷联惯导累积误差的影响;定位精度较高，机器人在Y向运动4.3 m，Z向运动0.25 m后，Y向定位误差为0.25 m，Z向定位误差为0.005 m。
    Abstract: In order to solve problems of difficult positioning and low precision in positioning method of underground mobile robots, a positioning method of underground robot based on strapdown inertial navigation and odometer was proposed. The method uses Kalman filter to perform initial alignment for strapdown inertial navigation to determine initial coordinates of the positioning, and obtain initial attitude transformation matrix. Then, it uses strapdown inertial navigation to calculate position of the robot independently, and uses the speed information output by the odometer and the real-time attitude transformation matrix output by strapdown inertial navigation to calculate the dead reckoning, so as to obtain the position information of the robot again. In order to reduce influence of the accumulated error on the strapdown inertial navigation, it adopts odometer and strapdown inertial navigation to construct dead reckoning system, and uses Sage-Husa adaptive filtering to design combined positioning algorithm to select errors as the system state. After filtering calculation and correction, the accurate position information of the robot is obtained. The experimental results show that the method can realize real-time positioning of the robot and can effectively reduce influence of the accumulated errors of strapdown inertial navigation. And the method has higher positioning accuracy. After the robot moves 4.3 m in Y direction and 0.25 m in Z direction, the positioning error in Y direction is 0.25 m and the positioning error in Z direction is 0.005 m.
    • HTML全文
    • 参考文献(0)
    • 相关文章
    • 施引文献(40)

  • 期刊类型引用(18)

    1. 郝晋杰. 综掘工作面掘进机导航系统优化. 江西煤炭科技. 2024(01): 115-117 . 百度学术
    2. 张旭辉，刘彦徽，杨文娟，张超，杜昱阳，杨骏豪，杨雯雨. 数字孪生驱动的巷道自动成形截割虚拟调试方法研究. 工矿自动化. 2024(07): 1-11+31 . 本站查看
    3. 高毅楠，姚顽强，蔺小虎，郑俊良，马柏林，冯玮，高康洲. 煤矿井下多重约束的视觉SLAM关键帧选取方法. 煤炭学报. 2024(S1): 472-482 . 百度学术
    4. 马宏伟，苏浩，薛旭升，李超，郭逸风，王星，周文剑，崔闻达，喻祖坤，成佳帅. 煤矿井下移动机器人激光标靶定位方法研究. 煤炭科学技术. 2024(11): 60-73 . 百度学术
    5. 徐坤，周子昂，王祺，耿文波. 基于人工智能的机器人激光全局定位系统. 激光杂志. 2023(01): 210-215 . 百度学术
    6. 吴建建. 煤矿井下智能巡检机器人自动控制技术的研究. 自动化应用. 2023(07): 40-42 . 百度学术
    7. 李宗伟. 基于惯性导航的煤矿越界开采检测方法. 煤矿安全. 2023(08): 234-240 . 百度学术
    8. 陈湘源，魏延辉，党宏涛. 基于惯性导航/无线传感器网络组合的采煤机定位方法研究. 导航定位与授时. 2023(05): 99-106 . 百度学术
    9. 马宏伟，杨金科，毛清华，汪强. 煤矿护盾式掘进机器人系统精确定位研究. 工矿自动化. 2022(03): 63-70 . 本站查看
    10. 杨佳，彭瑞召，季泽宇，王佳豪. 基于改进UKF算法的移动机器人定位方法研究. 计算机应用研究. 2022(11): 3303-3308 . 百度学术
    11. 郁露，唐超礼，黄友锐，韩涛，徐善永，付家豪. 基于UWB和IMU的煤矿机器人紧组合定位方法研究. 工矿自动化. 2022(12): 79-85 . 本站查看
    12. 马宏伟，姚阳，薛旭升，王川伟，高佳晨. 基于多传感器组合的钻锚机器人机身定位方法研究. 煤炭科学技术. 2021(01): 278-285 . 百度学术
    13. 沈阳，王鹏江，吉晓冬，郑伟雄，吴淼. 二维里程辅助的掘进机自主导航方法研究. 仪器仪表学报. 2021(11): 96-105 . 百度学术
    14. 宋国栋，魏立科，马宏伟，付霁野，刘希梁. 六轴式小臂机器人运动学理论研究及其在掘锚作业中的应用. 煤炭学报. 2021(S2): 1114-1123 . 百度学术
    15. 张旭辉，刘博兴，张超，杨文娟，赵建勋. 掘进机全站仪与捷联惯导组合定位方法. 工矿自动化. 2020(09): 1-7 . 本站查看
    16. 马宏伟，张珍珍，杨林，王川伟. 巡检机器人全球定位系统和里程计组合定位方法. 科学技术与工程. 2020(23): 9440-9444 . 百度学术
    17. 陈宇鸣，李威，辛改芳，王禹桥，司卓印. 基于频域分离算子的采煤机动基座SINS初始对准算法. 煤炭学报. 2020(09): 3333-3340 . 百度学术
    18. 马宏伟，聂珍，王川伟，薛旭升，夏晶. 煤矿机器人关键共性技术与发展策略. 智能矿山. 2020(01): 63-70 . 百度学术

    其他类型引用(22)

    • 资源附件(0)
计量
  • 文章访问数:  64
  • HTML全文浏览量:  6
  • PDF下载量:  20
  • 被引次数: 40
出版历程
  • 刊出日期:  2019-04-19

目录

摘要
HTML全文
    参考文献(0)
    相关文章
    施引文献(40)
    资源附件(0)

    /

    返回文章
    返回

    苏ICP备 05016349号-2

    本系统由 北京仁和汇智信息技术有限公司 开发  访问量：1150389    百度统计