[发明专利]基于可便携移动UWB基站台的采煤机定位修正系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于可便携移动UWB基站台的采煤机定位修正系统及方法。系统包括可便携移动UWB基站台、UWB定位标签、惯性导航系统、轮速里程计；可便携移动UWB基站台布置于采煤机工作面轨迹两端，包括：长宽高已知的长方体刚性支架、布置在长方体刚性支架上的若干UWB基站，以及固连于长方体刚性支架的惯性测量单元。UWB基站台完成姿态对准和位移对准后即可用于采煤机组合导航的末端位姿修正，将采煤机运行过程中实时保存的位姿、协方差等数据以及采煤机运行至末端通过UWB定位标签解算的位置数据，通过离线优化算法进行全局最优平滑解算，可得到末端修正优化后的工作面轨迹解算值。本发明操作简单，对UWB基站的坐标标定无需依赖全站仪、激光仪等设备。

技术领域

本发明涉及基于惯性导航系统的采煤机工作面检测，具体涉及一种基于可便携移动UWB基站台的采煤机定位修正系统及方法。

背景技术

“煤矿三机”指煤矿综采工作面的采煤机、刮板输送机及液压支架三种机械。采煤机和液压支架调高范围要适应煤层厚度及变化，液压支架移架要跟得上采煤机的牵引速度。采煤机依靠刮板输送机导向并在其上移动，刮板输送机依靠液压支架推移，液压支架又靠刮板输送机支承而移动。

为实现“煤矿三机”的联动，对采煤机的空间位置及姿态进行准确检测,即对采煤机进行空间动态定位具有重要意义。为实现采煤机位置及姿态精确检测,相关学者提出基于惯性导航定位的采煤机工作面检测方法。捷联惯性导航系统是指将三轴陀螺仪和加速度计直接固定在运载体上,利用陀螺仪和加速度计等惯性敏感器件对运行载体三轴角速度和三轴加速度信息进行实时测量,结合运行载体初始惯性信息,通过高速积分获得运动载体的姿态、速度及位置等导航信息。捷联惯性导航系统在工作时不依赖外界信息,也不向外界辐射能量，不易受到干扰破坏，是一种自主式导航系统,具有数据更新率高、数据全面以及短时定位精度高等优点。

但同时，对于纯惯性导航系统也存在着一定的问题,由于其位置、姿态数据是通过基于陀螺和加速度计测量数据的多重积分解算而得，传感器的测量误差随时间不断累积，故其解算位姿数据误差会随时间不断发散，因此，长时间运行过程中往往需要对其累积误差进行修正。申请号为：CN109931958A公开了一种基于UWB采煤机工作面端头校准装置及方法，在采煤机场景两侧巷道布置UWB(Ultra-Wide-Band)基站，采煤机机身加装UWB接收机，当采煤机运行至工作面轨迹两端时通过接收巷道的UWB信号实现末端的精确定位，该方法设置过程中需要将巷道两端的UWB基站固定在巷道内的滑轨上，且需要通过全站仪对其进行精确标定，操作较为复杂。

发明内容

针对单纯依赖惯性导航系统的采煤机位姿检测误差随时间不断累积问题，本发明提供一种基于可便携移动UWB基站台的采煤机定位修正系统及方法。

一种基于可便携移动UWB基站台的采煤机定位修正系统，包括可便携移动UWB基站台、UWB定位标签、惯性导航系统、轮速里程计；

所述的可便携移动UWB基站台为一台或者多台，布置于采煤机工作面轨迹两端；

所述的UWB定位标签、惯性导航系统、轮速里程计分别布置于采煤机上；

所述的可便携移动UWB基站台包括：长宽高已知的长方体刚性支架、布置在长方体刚性支架上的若干UWB基站，以及固连于长方体刚性支架的惯性测量单元，所述的惯性测量单元含IMU模块。

所述的IMU模块与长方体刚性支架固连，且IMU模块坐标系与支架坐标系严格重合。

一种所述的基于可便携移动UWB基站台的采煤机定位修正系统的采煤机定位修正方法，可便携移动的UWB基站台投入辅助定位之前，首先对基站台进行坐标系对准，包括姿态对准和位移对准，过程如下：

姿态对准过程如下：通过基站台固连IMU模块，静态对准解算得支架坐标系相对于东北天坐标系的姿态转换矩阵，该矩阵将UWB基站在支架坐标系下三维坐标转换至东北天地理坐标系；