煤炭科学技术

作者：万继成, 张旭辉, 杨文娟, 张超, 董征, 杜昱阳, 雷孟宇, 陈鑫, 杨骏豪,

关键词：掘进机, 视觉测量, 光纤惯导, 卡尔曼滤波, 组合定位,

针对煤矿井下掘进机单一位姿测量方法导致的掘进机位姿精度低、测量稳定性差的问题，提出了一种基于视觉和光纤惯导的掘进机组合定位方法。以固定在巷道顶板上的三激光指向仪作为特征目标，构建了基于三激光标靶的掘进机机身位姿视觉测量系统，采用机载防爆相机采集激光标靶，通过图像处理得到激光指向仪光斑中心位置，结合掘进机机身位姿视觉测量模型及空间坐标转化得到掘进机位姿数据。同时利用安装在掘进机机身上的光纤惯导实时获得掘进机的位置和姿态信息，采用拉格朗日三点插值法将视觉位姿数据和惯导位姿数据在时间上进行配准处理后，运用卡尔曼滤波融合算法对视觉测量数据和光纤惯导数据进行融合。采用两者融合后的位姿数据对惯导累积误差进行补偿校正，对测量系统传感器的输出有效性进行判断，消除了惯导长时间积分运算导致的累积误差及视觉标靶短时遮挡、数据丢失对融合结果的影响，从而获得掘进机实时精确位姿数据。在实验室搭建实验平台，对视觉定位方法及组合定位方法进行评估，在60 m测量距离内，视觉定位最大位置误差在35 mm以内，最大姿态角误差在0.5°以内，组合定位位置误差在30 mm以内，定位结果更接近真实位移。同时在煤矿井下工业现场对掘进机视觉与惯导融合定位进行了试验，结果表明：视觉与惯导融合定位方法能够克服井下复杂工况影响，弥补了单一测量方法的不足，且掘进机机身定位误差在30 mm以内，姿态角误差在0.5°以内，满足巷道施工精度要求。

来源：2025年第6期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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