仪器仪表学报

作者：代卫卫，王世博，王世佳

单位：代卫卫,中国矿业大学机电工程学院徐州221116,D18649519857@163.com,王世博,中国矿业大学机电工程学院徐州221116,wangshb@cumt.edu.cn,王世佳,燕山大学机械工程学院秦皇岛066004,

关键词：采煤机;双IMU;位姿约束

基金：国家自然科学基金项目（52304180）、河北省中央引导地方科技发展资金项目（246Z1911G）资助

惯性测量单元（IMU）可实现自主全参数导航的优点，具有在井下GPS拒止环境应用的技术优势。基于冗余IMU的采煤机定位是综采装备可行的低成本定位方法，但也面临IMU随时间漂移大的问题。当2个IMU安装在采煤机载体后，其各自输出位置和姿态的差值均应该是常数，即应满足双IMU位姿约束条件。基于位姿约束条件，以信息滤波为基本框架，提出了采煤机双IMU位姿解算方法。以IMU-1和IMU-2的姿态四元数作为状态量，基于四元数更新方程建立信息滤波状态方程。以加速度计原始输出、磁力计原始输出、位置差值和姿态差值作为量测量，推导各量测量与姿态四元数转换的雅克比矩阵，分别构建量测方程。采用移动机器人模拟采煤机截割4刀实验，每刀52m。对于IMU-1，算法处理后第3、4刀的球概率误差由3.6180、8.2202m分别减小到1.5452、2.8828m，定位精度提升约64.9%。对于IMU?2，算法处理后第3、4刀的球概率误差由4.3420、5.7368m分别减小到1.6178、2.3523m，定位精度提升约59.0%。对于移动机器人，对IMU-1和IMU-2算法处理后的姿态求取平均值，采用航位推算法解算位置坐标，得到第3、4刀的球概率误差分别为0.7907和1.4317m。该方法为冗余IMU定位提供了底层解算算法，提高了定位精度。

来源：2025年第5期

《仪器仪表学报》期刊编辑部

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