圓柱體鑽孔偏了怎麼補救
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創新點
（
1
）分析了國內外移動機器人及煤礦井下移動裝置定位技術的特點，提出了一種基於空間陣列式慣性單元的防衝鑽孔機器人位姿解算方法。
（
2
）建立了空間陣列式慣性單元的資料融合模型，推匯出角速度和比例加速度的融合方程，設計了空間陣列式慣性單元的位姿解算流程，並透過防衝鑽孔機器人的模擬運動實驗，驗證了所提方法的可行性和優越性。
（
3
）搭建了防衝鑽孔機器人慣性單元位姿監測實驗平臺，進行了防衝鑽孔機器人的直線行走實驗，結果表明：基於空間陣列式慣性單元解算的鑽孔機器人俯仰角、航偏角和橫滾角平均誤差均小於
0。5°
，在
x
、
y
、
z
三軸方向的位移平均誤差均小於
2。00cm
，位姿解算誤差均滿足實際要求，驗證了所提解算方法的實用性。
基於空間陣列式慣性單元的防衝鑽孔機器人位姿解算方法
作者：
王忠賓
1
，司 壘
1
，王 浩
1
，張修峰
2
，趙世豪
1
，魏 東
1
，譚 超
1
，閆海峰
1
單位：
1。中國礦業大學 機電工程學院；2。山東能源集團有限公司
背 景
隨著我國煤礦開採深度和強度的不斷加大，衝擊地壓已成為我國深部煤礦開採中最嚴重的動力災害之一，其發生頻次和破壞強度不斷增大，對深部煤層的安全開採造成了極大的影響。目前，我國煤礦企業進行衝擊地壓鑽孔卸壓作業時，卸壓作業需要人員進入危險區域，卸壓過程中容易誘發衝擊地壓災害，進而造成較大的人員傷害事故。因此，迫切需要實現鑽孔卸壓作業的機器人化，而鑽孔卸壓區域的機器人化作業首要解決的關鍵技術便是鑽孔機器人的精確定位和定姿問題。
煤礦井下巷道空間狹小、環境複雜、工況惡劣，地面上常用的衛星導航定位、無線通訊定位等常規定位技術無法實現在狹長巷道中對鑽孔機器人進行精確定位。由於慣性測量單元（IMU）不需要藉助外界的資訊，用於解算的初始資料來自元件自身，對外界環境依賴小，且不易受到外界環境干擾，也不需要與外 接裝置交換資訊，可以較好的適應井下複雜環境。因此，慣性導航逐漸成為井下移動裝備自主導航的重要技術，國內外學者針對基於慣性導航系統的井下移動裝備定位方法進行了大量的研究。
儘管國內外學者對移動機器人定位進行了大量的研究工作，但仍然存在一些問題：①傳統的紅外定位、超聲波定位等移動機器人定位技術，在煤礦井下應用時對實際工況與環境因素的依賴度較高，無法較好地適應實際工作環境；②慣性導航系統容易隨時間產生累積誤差，目前針對慣性導航系統累積誤差修正的方法主要集中在改進慣性導航演算法和利用輔助定位手段校正慣性導航誤差方面，缺少從慣性系統結構上抑制累積誤差的方法。
摘 要
防衝鑽孔機器人是衝擊地壓礦井卸壓的關鍵裝置，其準確定位和定姿是實現卸壓作業無人化的基礎和前提。透過分析國內外移動機器人及煤礦井下移動裝置定位技術的特點，提出了一種基於空間陣列式慣性單元的防衝鑽孔機器人位姿解算方法。
在分析常規慣性感測單元定位誤差型別及來源的基礎上，建立了空間陣列式慣性單元資料融合模型，推匯出角速度和比例加速度的融合方程，設計了空間陣列式慣性單元位姿解算流程。
透過分析防衝鑽孔機器人的實際執行工況，模擬了防衝鑽孔機器人的曲線運動軌跡，並對鑽孔機器人的位姿解算方法進行了模擬分析，模擬結果表明，在曲線運動時，空間陣列式位姿解算方法的位移和姿態角解算精度均優於原始位姿解算方法和差分式位姿解算方法。
為了驗證所提方法的可行性，根據現場實際情況搭建了移動載體運動工況模擬實驗臺，根據設定的真實軌跡曲線進行軌跡跟隨及監測實驗，結果表明：空間陣列式慣性單元的位姿解算精度較高，在
x
，
y
，
z
三軸方向的位移平均誤差分別為5。83，8。76和0。84 cm，俯仰角、航偏角和橫滾角的平均誤差分別為0。07°，0。15°和0。06°。
為了進一步驗證所提方法的實用性，搭建了防衝鑽孔機器人慣性單元位姿監測實驗平臺，進行了防衝鑽孔機器人的直線行走實驗，實驗結果表明：基於空間陣列式慣性單元解算的鑽孔機器人俯仰角、航偏角和橫滾角平均誤差均小於0。5°，在
x
，
y
，
z
三軸方向的位移平均誤差均小於2。00 cm，位姿解算誤差均滿足實際要求，驗證了所提防衝鑽孔機器人位姿解算方法的可行性和有效性。
圖 片
座標系建立
空間陣列式慣性單元佈局方式
曲線運動的解算結果
模擬曲線運動的位姿解算對比結果
移動載體運動工況模擬實驗臺
模擬運動軌跡
位姿解算結果對比
現場實驗平臺
位移監測結果
姿態監測結果
第一作者簡介
王忠賓
，男，
1972
年
03
月
17
日生，安徽宿州人，教授
/
博士生導師，中國礦業大學機電工程學院院長，江蘇省高校優秀科技創新團隊帶頭人。主持國家重點研發計劃“智慧機器人”重點專項、國家發改委智慧製造裝備專項課題、國家自然科學基金、霍英東基金優選資助課題等專案，以及企業委託專案
20
餘項。發表
SCI/EI
論文
40
餘篇，授權發明專利
50
餘件。獲得國家技術發明二等獎
1
項（排名第
2
）、江蘇省科學技術二等獎
2
項（排名第
1
）、山東省科學技術二等獎
1
項（排名第
3
）、中國煤炭工業科學技術二等獎
1
項（排名第
1
）。入選江蘇省“
333
高層次人才培養工程”中青年學術技術帶頭人、江蘇省“青藍工程”中青年學術帶頭人、江蘇省“六大人才高峰”高層次人才。
研究方向
智慧化礦山機電裝備，複雜環境機器人技術，製造系統整合技術
主要成果
致力於煤礦智慧化開採技術及成套裝備的研究，取得多項創新性成果，解決了採煤成套裝備的自主感控性弱、協同性差、運維可靠性低等技術難題，引領了我國高階採煤裝備的技術進步；在複雜環境機器人技術方面，獲得了多項專利，研發了煤礦井下複雜環境智慧感知技術及機器人精確定位系統，取得明顯創新性成果，為煤礦高效、安全生產提供了有力的技術保障。
通訊作者簡介
司壘
，男，
1987
年
07
月
01
日生，江蘇徐州人，副教授，博士生導師，江蘇省智慧礦山裝備工程研究中心副主任，江蘇省高等學校優秀科技創新團隊骨幹成員，《煤炭工程》青年編委，《智慧礦山》特約編輯。主持國家自然科學基金面上專案、國家自然科學基金青年專案、國家重點研發計劃子課題、中國博士後科學基金特別資助專案（第
13
批）、江蘇省自然科學基金面上專案、中國博士後科學基金面上專案（第
58
批、第
66
批）、中央高校基本科研業務費專項資金專案、校企合作專案等。近
5
年，以第一作者或通訊作者在國內外重要學術期刊上發表學術論文
17
篇；以第一發明人授權發明專利
17
件。入選江蘇省科協青年科技人才託舉工程，獲江蘇省科技進步二等獎
1
項（
R3
），全國煤炭行業教學成果一等獎
1
項，中國煤炭工業協會科技進步三等獎
1
項（
R3
）。
研究方向
智慧化礦山機電裝備，複雜環境機器人技術
主要成果
多年來一直致力於研究煤礦智慧化開採的關鍵技術，突破了一系列技術難題，在採煤裝備精確定位、狀態智慧感知、自適應控制等方面取得了多項創新性成果，並與相關企業進行技術推廣及應用，為促進煤礦智慧化的快速發展提供有力的技術保障。
王忠賓，司壘，王浩，等。 基於空間陣列式慣性單元的防衝鑽孔機器人位姿解算方法［J］。 煤炭學報，2022，47（1）：598-609。
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