基于扩展卡尔曼滤波的清仓机器人位姿识别方法
李贵虎
高贵军
李军霞
贾雪峰
太原理工大学 机械与运载工程学院,山西 太原 030024;太原理工大学 山西省矿山流体控制工程实验室,山西 太原 030024;太原理工大学 矿山流体控制国家地方联合工程实验室,山西 太原 030024
摘要：煤矿水仓巷道光照强度不均匀且结构化特征明显,传统基于视觉的机器人位姿识别方法识别不准确,而单一的机器人定位技术如自适应蒙特卡洛(AMCL)方法随着清仓机器人的长时间运行,输出的位姿信息存在较大累计误差,易出现煤泥清理不干净、与两侧巷道发生碰撞的情况.针对上述问题,提出了一种基于扩展卡尔曼滤波的多传感器融合清仓机器人位姿识别方法.首先搭建多传感器融合算法框架,建立里程计、惯性测量装置、激光雷达数据采集模型;其次基于扩展卡尔曼滤波原理,以惯性测量装置角度信息建立观测方程,结合里程计位姿信息,得到第 1次融合的清仓机器人位姿矩阵,利用激光雷达的位置信息与之前的位姿矩阵进行迭代,得到第 2次融合的清仓机器人位姿矩阵;最后采用互补滤波算法对融合后的清仓机器人位姿矩阵进行处理,输出最终的清仓机器人位姿矩阵.实验结果表明:在直线位姿识别中 2次的最大位置误差为 0.04 m,最大姿态角误差为0.05 rad;在模拟巷道实验中的最大位置误差为 0.1 m,最大姿态角误差为 0.085 rad;与AMCL方法相比,基于扩展卡尔曼滤波的清仓机器人位姿识别方法在减少清仓机器人运行过程中的累计误差方面表现出显著的有效性.
关键词：煤矿水仓清理清仓机器人机器人位姿识别多传感器融合扩展卡尔曼滤波煤泥自主清理
分类号：TD67(矿山电工)
资助基金：山西省科技合作交流专项项目(202104041101005)山西省重点研发计划项目(202102100401004)
论文发表日期：2024-05-10
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：8( 99-106 )
英文信息