掘进机姿态参数测量及解算方法

摘要

针对现有掘进机姿态参数测量方法将双轴倾角仪输出角度直接作为掘进机的俯仰角和横滚角的现象,通过分析掘进机姿态参数测量及双轴倾角仪测量原理,得出不论是在水平巷道还是倾斜巷道中,单独使用双轴倾角仪均无法进行俯仰角和横滚角测量,需将双轴倾角仪与包含掘进机航向信息的定位方法进行融合,才能同时解算出掘进机全姿态参数.针对水平巷道和倾斜巷道2种典型掘进工况,给出了融合扇形激光和双轴倾角仪的姿态解算方法(方法1)、融合机身两点坐标和双轴倾角仪的姿态解算方法(方法2).方法 1根据扇形激光束光斑位置实时确定掘进机相对于巷道坐标系的偏航角,通过双轴倾角仪获得掘进机机身相对于巷道坐标系的俯仰角和翻滚角,从而解算出掘进机的偏航角、俯仰角和横滚角.方法 2先测量掘进机机身上2个待测点在巷道坐标系下的三维坐标,然后根据双矢定姿原理,利用双轴倾角仪测量并解算出掘进机姿态参数.Matlab与Gazebo联合仿真结果表明,在水平巷道中和4种不同倾角的倾斜巷道中,将双轴倾角仪输出角度直接作为掘进机的俯仰角和横滚角的方法误差较大,难以满足掘进机姿态参数测量需要;方法1和方法2的误差都很小,在水平巷道中的最大角度误差均值为0.0049°,在倾斜巷道中的最大角度误差均值为0.025°,验证了2种掘进机姿态解算方法的合理性.