【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及了一种基于惯性导航系统的采煤机工作面检测方法，具体涉及一种自校准的采煤机俯瞰轨迹定位方法与装置。
技术介绍
1、煤炭是我国基础能源，在未来很长一段时间将一直作为主要能源支持国民经济发展。我国计划于2035年实现各类煤矿基本智能化，构建多系统集成的煤矿智能化系统，而综采工作面技术是煤矿行业井下活动的核心。采煤机自主定位导航技术作为长壁综采工作面智能化与无人化开采的关键技术之一，因而对实现煤矿智能化有着重要意义。综采工作面“三机”包含采煤机，刮板输送机以及液压支架，采煤机进行切割煤层作业，刮板输送机往复运动输送落煤，液压支架通过千斤顶推进刮板输送机，并需要保证综采工作面与推进前保持平行、相对平直状态。在《煤矿安全规程》中，工作面煤壁、刮板输送机和液压支架必须保持直线。传统作业中针对这一问题，大部分会采用拉线法，即在综采工作面打出光束或者手工拉线，来人工调节液压支架间的直线偏差，但这种方法效率不高且存在安全隐患。
2、常用的全球卫星定位系统(gps)在矿井下并不使用，并且井下环境较为复杂，目前惯性导航定位技术因其受环境影响较小的特点被应用与矿井下的定位，但是惯性导航定位技术自身存在累计误差，随着时间推移姿态信息会发生漂移，不能够满足长壁综采工作面的定位需求。
技术实现思路
1、为了解决
技术介绍
中的需求和问题，本专利技术提出了一种自校准的采煤机俯瞰轨迹定位方法与装置。
2、本专利技术的技术方案如下：
3、一、一种自校准的采煤机俯瞰轨迹定位方
4、s1：测量采煤机中惯性测量单元imu的安装角度；
5、s2：对惯性测量单元imu的安装角度进行补偿，获得补偿后的安装角度，利用基于补偿后的安装角度下采集获得的imu数据进行捷联惯导解算，获得捷联惯导解算姿态、捷联惯导解算速度和捷联惯导解算位置；
6、s3：根据捷联惯导解算姿态和捷联惯导解算速度进行状态估计，获得采煤机的姿态与速度；
7、s4：根据采煤机的姿态和捷联惯导解算位置进行位置估计，获得采煤机的解算位置，判断采煤机中的相机是否拍摄到路标点，如果没有，则将采煤机的解算位置作为采煤机的最终位置并执行s6，否则执行s5；
8、s5：根据相机拍摄获得路标点图像解算获得采煤机定位数据，将采煤机的解算位置与采煤机定位数据进行融合后，获得采煤机的最终位置；
9、s6：根据采煤机的当前速度和位置判断采煤机是否完成一刀作业，若已完成一刀作业，则计算采煤机的相对位置轨迹并作为采煤机的俯瞰轨迹，否则重复执行s2-s5，直至完成一刀作业，最终获得每刀作业下采煤机的俯瞰轨迹；
10、s7：重复执行s2-s6，持续获得各刀作业下采煤机的俯瞰轨迹。
11、所述s1具体为：
12、令采煤机在轨道上运行，采集轮速里程计数据和原始安装角度下的imu数据，分别对轮速里程计数据和原始安装角度下的imu数据进行捷联惯导解算，获得轮速里程计解算速度和捷联惯导解算速度，接着将轮速里程计解算速度作为扩展卡尔曼滤波ekf的观测值以及原始安装角度下的捷联惯导解算速度作为扩展卡尔曼滤波ekf的预测值后进行速度误差估计，获得估算速度误差δvn，基于估算速度误差计算获得采煤机imu的安装角度δφ，计算公式如下：
13、
14、所述s3具体为：
15、将捷联惯导解算姿态和捷联惯导解算速度作为扩展卡尔曼滤波ekf的预测值，将轮速里程计解算速度作为扩展卡尔曼滤波ekf的观测值，结合采煤机运动学约束进行状态估计，获得采煤机的姿态与速度；
16、所述s4具体为：
17、利用s3中获得的采煤机的姿态以及轮速里程计解算速度进行航位推算，获取航位推算位置；接着将航位推算位置作为扩展卡尔曼滤波ekf的观测值和捷联惯导解算位置作为扩展卡尔曼滤波ekf的预测值后进行位置估计，获取采煤机的解算位置。
18、二、一种自校准的采煤机俯瞰轨迹定位装置
19、装置包括：
20、安装角度测量模块，用于根据采集的轮速里程计数据和原始安装角度下的imu数据计算获得采煤机imu的安装角度；
21、imu安装角度补偿模块，用于对采煤机imu的安装角度进行补充并且基于补偿后的安装角度下采集获得的imu数据计算获得捷联惯导解算姿态、捷联惯导解算速度和捷联惯导解算位置；
22、相机定位模块，包括路标点和相机，相机固定安装在采煤机中，路标点沿着采煤机的轨迹依次布置，相机将拍摄的路标点图像发送给俯瞰轨迹生成模块；
23、采煤机的状态估计模块，用于根据捷联惯导解算姿态、捷联惯导解算速度和捷联惯导解算位置估计获得采煤机的姿态、速度和位置；
24、俯瞰轨迹生成模块，用于根据采煤机的姿态、速度和位置以及相机拍摄的路标点图像判断是否完成一刀作业，若已完成一刀作业，则计算采煤机的相对位置轨迹并作为采煤机的俯瞰轨迹，否则则继续采集数据并且判断，直至计算获得采煤机的俯瞰轨迹。
25、所述安装角度动态测量模块中，令采煤机在轨道上运行，采集轮速里程计数据和原始安装角度下的imu数据，分别对轮速里程计数据和原始安装角度下的imu数据进行捷联惯导解算，获得轮速里程计解算速度和捷联惯导解算速度，接着将轮速里程计解算速度作为扩展卡尔曼滤波ekf的观测值以及原始安装角度下的捷联惯导解算速度作为扩展卡尔曼滤波ekf的预测值后进行速度误差估计，获得估算速度误差δvn，基于估算速度误差计算获得采煤机imu的安装角度δφ，计算公式如下：
26、
27、其中，vf为采煤机前向速度，cij是坐标系转换矩阵中第i行第j列对应的元素，i，j＝1，2，3。
28、本专利技术的有益效果为：
29、本专利技术通过机载传感器信息来估计安装角度，修正安装角度误差，并进一步通过视觉定位的方式提高采煤机俯瞰轨迹定位精度。
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1.一种自校准的采煤机俯瞰轨迹定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种自校准的采煤机俯瞰轨迹定位方法，其特征在于，所述S1具体为：
3.如权利要求1所述的一种自校准的采煤机俯瞰轨迹定位方法，其特征在于，所述S3具体为：
4.如权利要求1所述的一种自校准的采煤机俯瞰轨迹定位方法，其特征在于，所述S4具体为：
5.一种自校准的采煤机俯瞰轨迹定位装置，其特征在于，包括：
6.如权利要求5所述的一种自校准的采煤机俯瞰轨迹定位装置，其特征在于，所述安装角度动态测量模块中，令采煤机在轨道上运行，采集轮速里程计数据和原始安装角度下的IMU数据，分别对轮速里程计数据和原始安装角度下的IMU数据进行捷联惯导解算，获得轮速里程计解算速度和捷联惯导解算速度，接着将轮速里程计解算速度作为扩展卡尔曼滤波EKF的观测值以及原始安装角度下的捷联惯导解算速度作为扩展卡尔曼滤波EKF的预测值后进行速度误差估计，获得估算速度误差δvn，基于估算速度误差计算获得采煤机IMU的安装角度δφ，计算公式如下：
【技术特征摘要】
1.一种自校准的采煤机俯瞰轨迹定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种自校准的采煤机俯瞰轨迹定位方法，其特征在于，所述s1具体为：
3.如权利要求1所述的一种自校准的采煤机俯瞰轨迹定位方法，其特征在于，所述s3具体为：
4.如权利要求1所述的一种自校准的采煤机俯瞰轨迹定位方法，其特征在于，所述s4具体为：
5.一种自校准的采煤机俯瞰轨迹定位装置，其特征在于，包括：
6.如权利要求5所述的一种自校...
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