掘进机全站仪与捷联惯导组合定位方法.pdf

第4 6 卷第9 期 2 0 2 0 年9 月 工矿自动 化 I n d u s t r ya n dM i n eA u t o m a t i o n V 0 1 ．4 6N o ．9 S e p ．2 0 2 0 i “煤矿掘进装备智能化技术”专题 ；⋯◆◆◆◆．．】| ◆◆““◆⋯◆◆ 【编者按】煤矿掘进装备的智能化是实现煤炭安全高效开采的技术保障。由国家发展改革委、能源局、应急 部、煤监局、工信部、财政部、科技部、教育部8 部委联合印发的关于加快煤矿智能化发展的指导意见指出， 重点突破智能快速掘进等技术与装备，对于冲击地压、煤与瓦斯突出等灾害严重的矿井优先开展智能化采掘 剥 的机器人替代。近年来，我国在煤矿掘进智能化技术与装备方面取得了一系列科研成果，为实现煤矿掘 进工作面无人化或少人化提供了支撑。为总结交流学术成果、探讨技术发展方向，本刊组织策划了“煤矿掘 进装备智能化技术”专题，报道内容涉及巷道掘进机器人定姿定位及远程控制、巷道修复重载作业机器人等 方面，特别感谢西安科技大学张旭辉教授对本专题组稿工作的支持 衷心感谢各位专家学者在百忙之中为 本专题撰稿 文章编号1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 2 0 0 9 0 0 0 1 0 7D O I 1 0 ．1 3 2 7 2 ／j ．i s s n ．1 6 7 1 2 5 1 x ．1 7 6 4 1 掘进机全站仪与捷联惯导组合定位方法 张旭辉1 ’2 ，刘博兴1 ，张超1 ，杨文娟h2 ，赵建勋1 1 ．西安科技大学机械工程学院，陕西西安7 1 0 0 5 4 ； R o a d h e a d e rp o s i t i o n i n gm e t h o dc o m b i n i n gt o t a ls t a t i o na n d s t r a p d o w ni n e r t i a ln a v i g a t i o ns y s t e m Z H A N GX u h u i l 一，L I UB o x i n 9 1 ，Z H A N GC h a 0 1 ，Y A N GW e n j u a n l 一，Z H A OJ i a n x u n l 1 ．C o l l e g eo fM e c h a n i c a lE n g i n e e r i n g ，X i a nU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ， X i ’a n7 1 0 0 5 4 ，C h i n a ；2 ．S h a n n x iK e yL a b o r a t o r yo fM i n eE l e c t r o m e c h a n i c a lE q u i p m e n t I n t e l l i g e n tM o n i t o r i n g ，X i ’a n7 1 0 0 5 4 ，C h i n a A b s t r a c t I no r d e rt os o l v et h ep r o b l e m st h a tr o a d h e a d e rp o s i t i o n i n gm e t h o db a s e do nt o t a ls t a t i o n c o u l dn o tl o c a t eb e c a u s el i g h tp a t hc o u l db eb l o c k e dd u et oe x c e s s i v ed u s ti nc o a lm i n eu n d e r g r o u n da n d 收稿E t 期2 0 2 0 0 7 15 ；修回日期2 0 2 00 90 2 ；责任编辑李明。 基金项目国家自然科学基金资助项目 5 1 9 7 4 2 2 8 ；陕西省创新能力支撑计划项目 2 0 1 8 T I 0 3 2 ；陕西省重点研发计划项目 2 0 1 8 Z D C X L G Y 0 6 0 4 。 作者简介张旭辉 1 9 7 2 。男，陕西风翔人，教授，博士，研究方向为煤矿机电设备智能检测与控制。E m a i l z h a n g x h x u s t ．e d u ．c n 。通信作 者；刘博兴 19 9 0 ，男，陕西渭南人，硕士研究生，研究方向为掘进机定位，E m a i l 5 7 4 0 5 3 7 9 9 q q ．c o r n 。 引用格式张旭辉，刘博兴，张超，等．掘进机全站仪与捷联惯导组合定位方法E J ] ．工矿自动化，2 0 2 0 ，4 6 9 卜7 ． Z H A N GX u h u i ，L I UB o x i n g ，Z H A N GC h a o ，e ta 1 ．R o a d h e a d e rp o s i t i o n i n gm e t h o dc o m b i n i n gt o t a ls t a t i o na n ds t r a p d o w ni n e r t i a l n a v i g a t i o ns y s t e m [ J ] ．I n d u s t r ya n dM i n eA u t o m a t i o n ，2 0 2 0 ，4 6 9 1 - 7 ． 万方数据 2 工矿自动化第4 6 卷 c u m u l a t i v ee r r o ro ft h em e t h o db a s e do ns t r a p d o w ni n e r t i a ln a v i g a t i o ns y s t e m S I N S i n c r e a s e dg r a d u a l l y w i t ht i m e ，ar o a d h e a d e rp o s i t i o n i n gm e t h o dc o m b i n i n gt o t a ls t a t i o na n dS I N Sw a sp r o p o s e d ．F i r s t l y ，t o t a l s t a t i o ni su s e dt om e a s u r ep o s i t i o np a r a m e t e r so fr o a d h e a d e r ，a n dS I N Si su s e dt om e a s u r ea n dc a l c u l a t e p o s i t i o na n dp o s t u r ep a r a m e t e r s ．T h e n ，l o n g i t u d ea n dl a t i t u d eo fr o a d h e a d e rp o s i t i o nm e a s u r e db yS I N S a r ec o n v e r t e di n t oc o o r d i n a t ev a l u e su n d e rX i a n8 0c o o r d i n a t es y s t e m ，S Oa st or e a l i z eu n i f i c a t i o nw i t ht o t a l s t a t i o nm e a s u r e m e n tc o o r d i n a t es y s t e m ．F i n a l l y ，K a l m a nf i l t e r i n gm e t h o di su s e dt of u s em e a s u r e dd a t ao f t o t a ls t a t i o na n dS I N S ，S Oa st oo b t a i np o s i t i o na n da t t i t u d ed a t ao fr o a d h e a d e r ．T h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t s s h o wt h a tt h em e t h o dh a sh i g hp o i s o n i n gp r e c i s i o n i nzd i r e c t i o n ，t h em a x i m u mp o s i t i o n i n ge r r o ri s 0 ．0 2 91m ，t h em i n i m u me r r o ri s0 ．0 1 00m ，a n dt h ea v e r a g ee r r o ri s0 ．0 1 99 3m ；i nYd i r e c t i o n ，t h e m a x i m u mp o s i t i o n i n ge r r o ri s0 ．0 2 95m ，t h em i n i m u me r r o ri s0 ．0 1 10m ，a n dt h ea v e r a g ee r r o r i S0 ．0 1 82 6m ． K e yw o r d s i n t e l l i g e n tr o a d h e a d e r ；r o a d h e a d e rp o i s o n i n g ；p o s i t i o n a n d p o s t u r e d e t e c t i o no f r o a d h e a d e r ；p o s i t i o na n dp o s t u r ec a l c u l a t i o n ；t o t a ls t a t i o n ；s t r a p d o w ni n e r t i a ln a v i g a t i o ns y s t e m 0 引言 2 0 5 0 年以前煤炭仍将是我国的主导能源[ 1 。2 ] 。 煤矿巷道掘进是煤矿开采的重要部分，但掘进工作 面环境恶劣，危险性高，因此实现掘进机智能化，进 而实现掘进工作面少人甚至无人化，对于煤矿安全 生产具有重要意义。 掘进机定姿定位是实现智能掘进机的关键技术 之一，近年来得到了很多研究人员的关注。文献E 3 - 4 ] 提出了基于视觉的掘进机位姿测量方法，但该方 法易受井下粉尘等因素的影响。文献[ 5 ] 利用超宽 带技术对掘进机进行定姿定位检测，该方法系统结 构简单，但因煤矿井下环境中金属设备较多，对超宽 带信号传输造成很大影响。文献[ 6 ] 提出采用空间 交汇技术对悬臂式掘进机进行位姿测量，该方法灵 活性强，但开发难度较大。文献1 - 7 3 采用捷联惯导技 术实现掘进机定位，该方法环境适应性强、短时间内 精度高E8 | ，但累计误差随时间推移逐渐增大凹] 。文 献[ 1 0 ] 采用全站仪进行掘进机定位，测量精度较高， 但会因粉尘过大或其他原因导致全站仪光路被遮挡 而无法进行定位。 本文综合利用全站仪的高精度及捷联惯导的无 源性特点，提出一种掘进机全站仪与捷联惯导组合 定位方法。该方法采用卡尔曼滤波器融合全站仪测 量的掘进机位置信息和捷联惯导测量的位姿信息， 实现掘进机组合定位，可在全站仪光路被遮挡的情 况下实现掘进机精准定位。 1 总体方案 1 ．1组合定位坐标系 掘进机全站仪与捷联惯导组合定位涉及的坐标 系如图1 所示。 图1 组合定位坐标系 F i g ．1 C o m b i n e dp o s i t i o n i n gc o o r d i n a t es y s t e m 1 东一北一天坐标系 简称T 系 O 。X 。Y 。Z 。，表 示载体所在位置。T 系以载体重心为原点，指向东、 北、天 也称北一东一地坐标系，满足“右手定则” 。 2 掘进机机体坐标系 简称b 系 O h X 。Y 。Z b 。 b 系以掘进机机身重心为原点，X 。轴平行于巷道底 面指向左，y 。轴指向掘进机前进方向，Z 。轴指向掘 进机机身竖轴方向。 3 导航坐标系 简称n 系 O 。X 。Y 。Z 。。n 系是 导航过程中的基准，一般根据载体导航需要选取。 本文采用指北方位系统作为n 系，即与T 系重合。 4 全站仪测量坐标系 简称C 系 0 。X 。Y 。Z 。。 c 系以全站仪测站中心为原点，X 。轴为后视方向， Z 。轴竖直向上，y 。轴根据“右手定则”确定。 1 ．2 组合定位原理 掘进机全站仪与捷联惯导组合定位过程包括基 于全站仪的机身位置参数测量、基于捷联惯导的机 身位姿参数测量、基于卡尔曼滤波的机身位置参数 与位姿参数融合。 组合定位原理如图2 所示。将捷联惯导和目标 棱镜安装在掘进机机身上，使其随掘进机移动。开 始定位前，测绘人员测量掘进机所在位置的经纬度， 并根据巷道走向确定西安8 0 坐标系下任意2 个坐 标点，一个坐标点作为全站仪测站点，另一个作为后 视点。根据2 个坐标点构建C 系，全站仪通过测量 万方数据 2 0 2 0 年第9 期张旭辉等掘进机全站仪与捷联惯导组合定位方法 3 掘进机机身上的目标棱镜，解算出掘进机机身在西 安8 0 坐标系下的坐标。捷联惯导根据初始经纬度 进行初始对准，得到初始转换矩阵。随着掘进机移 动，捷联惯导结合掘进机初始经纬度及初始姿态角， 可实时测量出掘进机位姿和速度。将捷联惯导测量 的经纬度转换为西安8 0 坐标系下的坐标值，利用卡 尔曼滤波器将捷联惯导测量的位置、速度及姿态角 信息与全站仪测量的掘进机位置信息融合，得出掘 进机位姿信息。 ■⋯⋯⋯⋯⋯- ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一● 图2掘进机全站仪与捷联惯导组合定位原理 F i g ．2 R o a d h e a d e rp o s i t i o n i n gp r i n c i p l ec o m b i n i n gt o t a ls t a t i o na n ds t r a p d o w ni n e r t i a ln a v i g a t i o ns y s t e m 2 基于捷联惯导的掘进机位姿参数测量 2 ．1 捷联惯导初始对准 捷联惯导在工作前须进行初始对准，包括粗对 准和精对准[ 1 “。 初始粗对准的目的是利用捷联惯导三轴加速度 计测量的重力加速度和陀螺仪测量的地球自转速度 计算出n 系到b 系的转换矩阵。采用文献[ 1 2 ] 中方 法实现捷联惯导粗对准。 完成粗对准后，捷联惯导获取粗略的姿态转换 矩阵。为了获取更准确的姿态转换矩阵，采用卡尔 曼滤波器进行精对准，利用系统误差作为滤波状态， 构建卡尔曼滤波方程和观测方程，实现精对准[ 12 。1 3 ] 。 初始对准时，掘进机的速度为0 ，因此有 f V E V N V u 一0 U E 一厂N 一0 1 l 厂u g 式中“，V 。，V u 分别为n 系下掘进机东、北、天方 向速度；f E ，f 。，f u 分别为三轴加速度计测量的东、 北、天方向比力；g 为重力加速度。 采用卡尔曼滤波器进行精对准时，通常利用外 部观测值 如位置、速度、姿态角等 确定失准角[ 1 “。 本文以速度作为观测值设计卡尔曼滤波器口引。捷 联惯导在静止状态下的系统误差方程为 f 文一A X 2 l Z H X 式中x 为状态向量，X E A v E △V 。△V u仇 蚴舻u％％％￡Ee N￡u ] 1 ，△V E ，△V N ， △V u 分别为东、北、天方向的速度误差，P e ，蜘，9 u 分别为东、北、天方向的姿态角误差，％，％，％分别 为东、北、天方向的三轴加速度计常值零偏，e 。，e 。， e 。分别为东、北、天方向的陀螺漂移；A 为状态转移 矩阵；z 为观测值；H 为观测矩阵。 通过分析，可观测值为△h ，△V 。，△V u ，仇，蜘， ∞。，e 。，￡u ，因此建立8 个状态模型，对式 2 进行离 散化处理，之后采用卡尔曼滤波器进行最优化估计， 从而获取准确的姿态转换矩阵。 卡尔曼滤波器状态一步预测方程为 X ／女一1 一噍／々一l X k1 3 式中置，。，为第志一1 个离散状态向量的一步预测 值；呶肛。为一步转移矩阵；X H 为第k 一1 个离散状 态向量估计值。 状态估计方程为 X t X ／H K Z k H X 胁一1 4 式中K 为滤波增益；磊为离散观测值；巩为离散 观测矩阵。 K k P H2 R i l 5 式中R 为状态估计均方差；R 为观测噪声方差。 一步预测均方差为 P 叭1 一暾／P H 奶H F kl Q H J 善1 6 式中n ，为系统离散噪声驱动矩阵；g 。为噪声 方差。 状态估计均方差为 P 女一 J K s ／J P ／ 1 7 式中J 为单位矩阵。 万方数据 4 工矿自动化第4 6 卷 2 ．2 掘进机位姿解算身姿态角包括俯仰角 ，、航向角口和横滚角口。n 系 2 ．2 ．1 掘进机姿态解算到b 系的转换矩阵为 采用四元数法进行掘进机姿态解算。掘进机机 F o o s7 c o s 口 s i n7 s i na s i n 卢 一s i na c o s7 C O Sa s i nf l s i n ，一s i n7 c o s 同 『T 1 1 丁1 2 丁1 3 ] C 一l s i na C O S 卢C O Sa C O S 卢 s i n 卢l lT 2 l T 2 2t 3 L s i n7 c o s 口一C O S7 s i na s i n 卢一s i n7 s i n 口一C O S7 c o s 口c o s 卢 C O S 肚o syJL L l T 3 2 L 3 ．J 8 n 系到b 系的旋转四元数为 Q c 。s 导 眺i n 导 9 的轴和旋转方向；口为旋转角度。 四元数基体坐标系 n 系 到b 系的转换矩阵为 r q 3 q } 一q ；一q j 2 9 1 9 2 口。q 3 2 q l q 3 一q 。q 2 ’] 由式 8 、式 1 0 可得掘进机机身姿态角 z s - 譬A z s i nL c o sL R N 4s i nL c o s sL 5 一 f ，a r c t a n f F Z l 31 。 2 p 4 ⋯。。竺三三 i n T 2 s y R N 衲s L 百N 爪。s 3 L 1 - - t a n zL 矿 2 ．2 ．2 掘进机位置解算 。 进机的垂直方向速度远小于水平方向速度，所以在 5 8 叩2 t a n zL 1 6 计算掘进机速度时，忽略垂直方向速度，同时忽略掘 式中 z ，y 为掘进机在西安8 0 坐标系下的坐标； 进机高度。 s 为从赤道到掘进机所在纬度的子午线弧长；刁 驴N 一f 2 ∞i e S i nL 孚t a nL v 。 1 3 3基于卡尔曼滤波的数据融合 式中‰为掘进机跟随地球的旋转角速度；L 为掘进 采用卡尔曼滤波器实现全站仪和捷联惯导数据 机所黧懋篓懋要曲率牦蓑萎燃灌黧鬻篡翕 则掘进机位置更新微分方程为 ；磊薹翼。磊；。占矗；赫磊荔赢盂；磊萎 』LV N ， 。，4 ，态角螽合定位状态方程为 矿E 之且口此’‘旦俐u 龄川1 ’土／V 【 一R N c o sL t A y r w 】7 式中R M 为子午圈主曲率半径；A 为掘进机所在位 置的经度。 2 ．3 经纬度与西安8 0 坐标系之间转换 进行组合定位数据融合之前，需要将捷联惯导 测量的实时经纬度转换为西安8 0 坐标系[ 1 6 1 7 1 下的 坐标，之后与全站仪测量的掘进机机身在西安8 0 坐 标系下的位置数据进行融合计算，得出机身在西安 8 0 坐标系下的位姿数据。实时经纬度与西安8 0 坐 标系的转换公式为[ 1 8 ] 式中l ，为状态向量，Y 一[ △9 7 A V T A p T s△p { 8 T 矿] T ，△妒为姿态角误差，A V 为速度误差， A p ，。。为捷联惯导解算的位置误差，A p T 为全站仪计 算的位置误差，8 为陀螺漂移，劝三轴加速度计常 值零偏；r 为噪声驱动矩阵；w 为系统噪声。 以捷联惯导解算的位置数据与全站仪测量的位 置数据之差为观测值，得观测方程 Z A p I N s 一△p T 1 8 由此建立组合定位状态方程 万方数据 2 0 2 0 年第9 期张旭辉等掘进机全站仪与捷联惯导组合定位方法 5 』y A y r w 1 9 Ll 可J 【Z H y V 式中V 为观测噪声。 对于全站仪和捷联惯导组合定位数据融合的卡 尔曼滤波方法同式 3 一式 7 。 4 组合定位试验 在西安煤矿机械有限公司搭建试验平台，对掘 进机全站仪与捷联惯导组合定位方法进行验证，如 图3 所示。试验采用X i 一1 0 0 0 Q 自动全站仪 测量 精度为lm m 和民用航空捷联惯性基准系统。将 捷联惯导放置在手推车上，棱镜置于捷联惯导中心 位置。将全站仪设置为跟踪模式，连续测量手推车 实时位置。人为推动手推车模拟掘进机在设计路线 上行走，记录全站仪、捷联惯导测量的位置信息及组 合定位信息。假设手推车高度始终为全站仪初始测 量值。试验以全站仪测量的位置数据为实际值。 捷联惯导手推车 一O O ⋯ 后视点全站仪 棱镜测站 目标棱镜 一O ⋯⋯⋯⋯一O 起点终点 a 试验方案 ⋯一翳k ．一。愚 棱镜 捷联惯导 b 试验装置 图3 试验方案及装置 F i g ．3E x p e r i m e n t a ls c h e m ea n de q u i p m e n t 采用经纬仪测得手推车初始位置L 一 3 4 。2 97 2 9 ．8 4 68 2 08 ”，A 一1 0 9 。2 1 ．3 7 43 0 47 ”，h 一 3 4 6 ．0 0 55I T I 。用全站仪测得手推车起点和终点的 高斯坐标 z ，Y 分别为 38 1 86 6 3 ．2 4r n ， 5 9 23 6 8 ．6 4m ， 38 1 86 6 1 ．1 2m ，5 9 23 7 7 ．8 2m 。 全站仪和捷联惯导输出速率均为96 0 0b i t ／s ，全站 仪采样频率为3H z 。人为推动手推车从起点到终 点运动，每运动5S 暂停1 次，记录全站仪、捷联惯 导及组合定位方法测量的该位置高斯坐标。试验共 测得9 个点的位置数据，如图4 所示。可看出手推 车在运动过程中，z ，Y 方向的组合定位数据与实际 值基本相同，而捷联惯导测量数据与实际值偏差随 时间延长逐渐增大。 - 全站仪 捷联惯导 组合定位方法 T 7． 38 1 86 6 2r 一 ． 。 38 1 8 6 6 0 I - - - - - - - ．- ．- - - - - j - - - - - - - - - - - - - - - - - - j - - - - - - - - - - - - - - - J - - - - - - - - _ J 01 02 03 04 0 时间／s a z 方向 5 9 23 9 5 5 9 23 9 0 5 9 23 8 5 { 5 9 23 8 0 5 9 23 7 5 全站仪 捷联惯导 组合定位方法 5 9 23 7 0P 。 。 - ，。，。，七．。一 01 02 03 04 0 时间／s b y 方向 图4 位置测量数据 F i g ．4 M e a s u r e dp o s i t i o nd a t a 组合定位数据与实际值误差见表1 ，误差曲线 如图5 所示。可看出组合定位误差较小在z 方向 的定位误差最大值为0 ．0 2 91I n ，最小值为 0 ．0 1 00I n ，平均值为0 ．0 1 99 3I n ；在y 方向定位误 差最大值为0 ．0 2 95I n ，最小值为0 ．0 1 10I n ，平均 值为0 ．0 1 82 6I n 。 表1 组合定位数据与实际值误差 T a b l e1E r r o r sb e t w e e nc o m b i n e dp o s i t i o n i n gd a t aa n dt h ea c t u a lo n e s 方向 误差／m 平均误差／m z0 ．0 2 420 ．0 2 680 ．0 2 390 ．0 1 000 ．0 2 910 ．0 1 900 ．0 2 420 ．0 1 950 ．0 1 170 ．0 1 99 3 Y 0 ．0 2 720 ．0 1 380 ．0 1 960 ．0 1 100 ．0 2 950 ．0 1 070 ．0 1 880 ．0 1 990 ．0 1 380 ．0 1 82 6 全站仪和组合定位方法获取的手推车轨迹如 图6 所示。可看出手推车在运动过程中，组合定位 方法获取的轨迹与实际运动轨迹基本重合，验证了 组合定位方法具有较高的定位精度。 4 2 O 8 6 4 7 7 7 6 6 6 6 6 6 6 6 6 8 8 8 8 8 8 I}l l 8 8 8 8 8 8 3 3 3 3 3 3 E ＼k 万方数据 6 工矿自动化第4 6 卷 f ≮ 援 呈 磐 图5 组合定位误差曲线 F i g ．5 C o m b i n e dp o s i t i o n i n ge r r o rc u r v e s 该方法用于井下的实际定位精度。 参考文献 R e f e r e n c e s [ 1 ] [ 2 ] x ／m [ 3 ] 图6 手推车轨迹 F i g ．6T r o l l e yt r a c k 组合定位方法测得的姿态角如图7 所示。 a 俯仰角 f ≮ 嘏 厦 接 b 横滚角 c 航向角 图7 姿态角测量结果 F i g ．7M e a s u r i n gr e s u l t so fa t t i t u d ea n g l e 5 结语 [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] 掘进机全站仪与捷联惯导组合定位方法基于捷 联惯导测量的掘进机位姿参数和全站仪测量的掘进 机位置参数，采用卡尔曼滤波方法进行数据融合，实 现了掘进机精确定位。试验结果表明该方法定位精 度较高在z 方向的定位误差最大值为0 ．0 2 91m ， 最小值为0 ．0 1 00r n ，平均值为0 ．0 1 99 3n l ；在3 ，方r7 ] 向的定位误差最大值为0 ．0 2 95m ，最小值为 0 ．0 1 1 01 T I ，平均值为0 ．0 1 82 6m 。下一步将研究 谢和平，高明忠，高峰，等．关停矿井转型升级战略构 想与关键技术[ J ] ．煤炭学报，2 0 1 7 ，4 2 6 1 3 5 5 1 3 6 5 ． X I EH e p i n g ，G A OM i n g z h o n g ，G A OF e n g ，e ta 1 ． S t r a t e g i cc o n c e p tu a l i z a t i o na n dk e y t e c h n o l o g yf o r t h et r a n s f o r m a t i o na n du p g r a d i n go fs h u t d o w nc o a l m i n e s [ J ] ．J o u r n a lo fC h i n aC o a lS o c i e t y ，2 0 1 7 ，4 2 6 1 3 5 5 1 3 6 5 ． 袁亮，张平松．煤炭精准开采地质保障技术的发展现 状及展望E J ] ．煤炭学报，2 0 1 9 ，4 4 8 2 2 7 7 2 2 8 4 ． Y U A NL i a n g ，Z H A N GP i n g s o n g ．D e v e l o p m e n ts t a t u s a n dp r o s p e c to f g e o l o g i c a lg u a r a n t e et e c h n o l o g yf o r p r e c i s ec o a lm i n i n g [ J ] ．J o u r n a lo fC h i n aC o a lS o c i e t y ， 2 0 1 9 ，4 4 8 2 2 7 7 2 2 8 4 ． 杜雨馨，刘停，童敏明，等．基于机器视觉的悬臂式掘 进机机身位姿检测系统E J ] ．煤炭学报，2 0 1 6 ，4 l 1 1 2 8 9 7 2 9 0 6 ． D UY u x i n ，L I UT i n g ，T O N GM i n m i n g ，e ta 1 ．P o s e m e a s u r e m e n ts y s t e mo fb o o m - t y p er o a d h e a d e rb a s e d o nm a c h i n ev i s i o n [ J ] ．J o u r n a lo fC h i n aC o a lS o c i e t y ， 2 0 1 6 ，4 1 1 1 2 8 9 7 2 9 0 6 ． 张旭辉，刘永伟，杨文娟，等．矿用悬臂式掘进机截割 头姿态视觉测量系统[ J ] ．工矿自动化，2 0 1 8 ，4 4 8 6 3 - 6 7 ． Z H A N GX u h u i ，L I UY o n g w e i ，Y A N GW e n j u a n ， e ta 1 ．V i s i o nm e a s u r e m e n ts y s t e mf o rc u t t i n gh e a d a t t i t u d eo fm i n e u s e db o o m t y p er o a d h e a d e r [ J ] ． I n d u s t r ya n dM i n eA u t o m a t i o n ，2 0 1 8 ，4 4 8 6 3 6 7 ． 符世琛，成龙，陈慎金，等．面向掘进机的超宽带位姿 协同检测方法[ J ] ．煤炭学报，2 0 1 8 ，4 3 1 0 2 9 1 8 2 9 2 5 ． F US h i c h e n ，C H E N GL o n g ，C H E NS h e n j i n ，e ta 1 ． U l t r a w i d e b a n dp o s ec o l l a b o r a t i v ed e t e c t i o nm e t h o d o fr o a d h e a d e r [ J ] ．J o u r n a lo fC h i n aC o a lS o c i e t y ， 2 0 1 8 ，4 3 1 0 2 9 1 8 - 2 9 2 5 ． 吴淼，贾文浩，华伟，等．基于空间交汇测量技术的悬 臂式掘进机位姿自主测量方法[ J ] ．煤炭学报，2 0 1 5 ， 4 0 1 1 2 5 9 6 - 2 6 0 2 ． W UM i a o ，儿AW e n h a o ，H U AW e i ，e ta 1 ．A u t o n o m o u s m e a s u r e m e n to fp o s i t i o na n da t t i t u d eo fb o o m - t y p e r o a d h e a d e rb a s e do ns p a c ei n t e r s e c t i o nm e a s u r e m e n t [ J ] ．J o u r n a l o fC h i n aC o a lS o c i e t y ，2 0 1 5 ，4 0 1 1 2 5 9 6 2 6 0 2 ． 田原．悬臂式掘进机自动定位技术研究与试验[ J ] ．矿 山机械，2 0 1 9 ，4 7 7 6 1 0 ． T I A NY u a n ．R e s e a r c ha n dt e s tona u t o m a t i c 目＼删醛 口＼躲避蜒 万方数据 2 0 2 0 年第9 期张旭辉等掘进机全站仪与捷联惯导组合定位方法 7 [ 8 ] [ 9 ] [ 1 0 ] [ 1 1 ] [ 1 2 ] E 1 3 ] p o s i t i o n i n gt e c h n o l o g yf o rb o o m e dr o a d h e a d e r [ J ] ． M i n i n g P r o c e s s i n gE q u i p m e n t ，2 0 1 9 ，4 7 7 6 - 1 0 ． 南源桐．基于捷联惯导的综采工作面直线度测量技术 研究E D ] ．西安西安科技大学，2 0 1 7 ． N A N Y u a n t o n g ． R e s e a r c h on s t r a i g h t n e s s m e a s u r e m e n tt e c h n o l o g yo ff u l l ym e c h a n i z e dm i n i n g f a c eb a s e do ns t r a p d o w ni n e r t i a ln a v i g a t i o n [ D ] ．X i ’a n X i a nU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，2 0 1 7 ． 张旭辉，周颖，杨文娟，等．位姿检测技术在煤矿井下 工作面巡检机器人中的应用E J ] ．传感器与微系统， 2 0 2 0 ，3 9 5 1 5 2 - 1 5 5 ． Z H A N GX u h u i ，Z H O UY i n g ，Y A N GW e n j u a n ，e ta 1 ． A p p l i c a t i o n o f p o s i t i o n i n g a n d p o s e d e t e c t i o n t e c h n o l o g y i n w o r k i n g f a c e i n s p e c t i o n r o b o t u n d e r g r o u n d c o a l m i n e [ J ] ．T r a n s d u c e ra n d