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基于捷联惯导的掘进机自主导航方法研究

来源:光纤陀螺网 编辑:老尹 时间:2020-09-18
导读:一、实验目的 (1)验证捷联惯导定位性能,测定其位置数据随时间发散的程度,得到其未发散轨迹的最大距离; (2)验证捷联惯导定位的自校准性能,得到进行零速更新的最大距离间隔; (3)研究采用线型光斑识别系统校准惯导定位信息的可行性; 二、主要试验设
一、实验目的
(1)验证捷联惯导定位性能,测定其位置数据随时间发散的程度,得到其未发散轨迹的最大距离;
(2)验证捷联惯导定位的自校准性能,得到进行零速更新的最大距离间隔;
(3)研究采用线型光斑识别系统校准惯导定位信息的可行性;

二、主要试验设备
(1)主要设备
INS-900 型捷联惯导;
电脑(含导航数据解算软件);
遥控履带小车(需要购置,包括控制、遥控部分预算在2000元左右
 
图1 履带车底盘

(2)其他辅助设备
激光测距仪1台(测距精度0.001m);
双轴倾角仪1台(测角精度0.001°);
角度仪1台(测角精度0.1°);
其他设备等。

三、具体实验方案
首先,在机电楼四楼楼道中模拟巷道中线,使用激光测距仪反复测量楼道的横向截面中点,确定楼道中线。定义实验履带车在中线上的起始点作为楼道坐标系的坐标原点O,楼道中线作为验证坐标系的Y轴,方向为履带车前进方向,Z轴竖直向上,X轴由左手坐标系定则确定。应用激光测距仪反复测量,分别确定沿楼道中线方向距坐标原点5m,10m ,15m,20m,25m,30m,即为在楼道坐标系中坐标为(0,5n,0)和(0,10n,0)的点。
将捷联惯导固定在安装在履带小车中心点,尽可能保证捷联惯导坐标系与载体坐标系重合,同时尽可能保证履带小车中心点与巷道坐标系原点重合,即保证捷联惯导坐标系,载体坐标系和楼道坐标系在水平面的投影重合,各对应坐标轴也相应重合。

(1)捷联惯导定位稳定性试验
将装有捷联惯导的履带车置于楼道坐标系原点,在其初始对中完成后,履带车再静止5分钟,记录捷联惯导输出坐标数据,所输出坐标偏离坐标原点的距离即为位置误差。

(2)捷联惯导最大发散距离实验
将装有捷联惯导的履带车置于楼道坐标系原点,使履带车以0.3m/s的速度沿楼道中线行驶至30米处,记录捷联惯导输出的坐标数据,并生成履带车行驶轨迹,分析其发散程度。
重复以上步骤,得到多组履带车轨迹数据,将这些数据置于同一坐标系中,分析其重复性精度。

(3)捷联惯导自校准性能试验
将履带车置于楼道坐标系原点,使履带车以0.3m/s的速度沿楼道中线行驶,每行驶至(0,5n,0)点时,履带车停车进行零速更新,以自校正轨迹数据,记录捷联惯导输出的坐标数据,并生成履带车行驶轨迹,与上一个实验中没有停车的轨迹作对比,分析其自校准性能。
重复以上步骤分别在(0,3n,0)、(0,5n,0)点停车进行自校准,对比各组轨迹数据,得到最佳的停车间距时间。

(4)掘进机作业行进轨迹模仿试验
用履带车来模仿掘进机真实作业行进轨迹,将履带车置于楼道坐标系原点,使履带车以0.3m/s的速度沿楼道中线行驶,掘进机每向前行驶5m,停车然后后退4m,停车,然后再向前行进,如此往复。记录捷联惯导输出的坐标数据,并生成履带车行驶轨迹。

(5)捷联惯导生成轨迹闭合试验
在教学楼前广场上测绘出5x5m和10x10m的矩形线框,使履带车分别沿两个矩形线框以0.3m/s的速度行驶一周,记录捷联惯导输出的坐标数据,并生成履带车行驶轨迹,与理想矩形轨迹作对比,验证其轨迹是否能闭合。 

四、实验说明
本次试验没有精确的参考基准,履带车真实轨迹受到操控,地面等因素的影响不能按照理想轨迹行走,所得数据具有一定的偏差。
备注:解算软件可以保存实验过程中原始数据(加速度、角速度)和导航数据(位置坐标和角度信息)。

 
试验单位:中国矿业大学(北京)
                 北京中航天佑科技有限公司
 实验地点:机电楼四楼楼道

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