基于激光靶向扫描的掘进机位姿测量方法 论文

智慧矿山是我国煤炭工业转型升级的发展方向，煤炭开采的智能化与无人化是煤炭工业发展的必由之路。掘进机是井工煤矿综合机械化巷道掘进作业的关键装备之一，其位姿的测量是控制掘进机自主行进与智能截割，进而实现巷道定向掘进的基础和前提，但现有的掘进机位姿测量方法或系统存在缺陷。为实现掘进机机身绝对位姿的测量，提出了基于激光靶向扫描的掘进机位姿测量方法，阐述了测量系统的组成及工作原理，研究了激光空间图形变换规律及测量系统中各坐标系之间的转换关系，建立了基于激光靶向扫描的掘进机位姿测量系统数学模型，解算了掘进机相对于巷道大地坐标系的绝对位置和姿态信息的数学表达式，分析了影响掘进机位姿测量精度的误差因素，得到不同测量距离和激光发射器间距情况下掘进机各位置和姿态参数测量误差的变化规律。结果表明：随着激光发射器间距的增加，误差减小。在测量次数为10次、测量距离为50 m的情况下，X轴精度小于1 cm，Y轴和Z轴误差较大，翻滚角精度小于0.1°，俯仰角精度小于0.4°，方向角精度小于0.6°。研究发现：测量系统的主要误差来源是激光标靶的激光光斑中心点坐标提取误差；增大激光发射器的间距以及合理规划激光标靶的安放位置能够有效降低测量误差。