目前煤矿井下掘进装备定位方法大多采用机器视觉、里程计、全站仪等单一的辅助测量方式与惯导组合测量来抑制惯导解算随时间所产生的位置累计误差,但是单一的辅助测量方式易受井下环境的影响,位置测量存在一定的误差,从而导致与惯导组合测量方法的精度降低。针对上述问题,以煤矿护盾式掘进机器人系统为研究对象,提出了一种捷联惯导+数字全站仪+位移传感器的组合定位方法。首先采用捷联惯导解算出掘进机器人的位置与姿态角参数;然后利用数字全站仪测量的掘进机器人位置信息与位移传感器推算的掘进机器人位置信息对捷联惯导解算出的位置信息进行反馈修正,以减小惯导随时间所产生的位置累计误差;最后利用基于联邦滤波器的多信息融合算法将捷联惯导解算出的位置及姿态角信息、全站仪测量得到的位置信息及位移传感器推算得到的位置信息进行融合,从而得到掘进机器人准确的位姿信息。仿真及工业性试验结果表明:该组合定位方法能够很好地抑制纯惯导位置解算误差累计,实现煤矿护盾式掘进机器人的精确定位,x轴和y轴方向上的位置误差分别控制在±0.03 m和±0.02 m,满足井下掘进工作面要求。

国家自然科学基金面上项目（52174150）；陕西省创新人才计划项目（2018TD-032）；

0 引言
1 煤矿护盾式掘进机器人系统
2 组合定位方法原理
3 基于联邦滤波器的多信息融合算法
3.1 基于联邦滤波器的多信息融合原理
3.2 联邦滤波器状态方程
3.3 联邦子滤波器量测方程
3.3.1 子滤波器1的量测方程
3.3.2 子滤波器2的量测方程
3.4 联邦滤波器设计
4 仿真与分析
5 工业性试验与分析
5.1 姿态角静态漂移试验
5.2 姿态角动态稳定性试验
5.3 组合定位与分析
6 结论

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[J].工矿自动化,2022,48(03):63-70.DOI:10.13272/j.issn.1671-251x.2021070082.