悬臂掘进机自动导向和定位技术的研究

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悬臂掘进机是煤炭巷道掘进中重要的机械设备,向智能化方向发展是必然趋势。智能化的趋势就是能够实现掘进的自动行走和自动控制,而实现这一目标需要确定掘进机在巷道掘进中的位姿。本论文目标是对悬臂掘进机在巷道掘进中的姿态检测,包括掘进机滚动角、俯仰角和方向角进行实时的测量。研究能够实现掘进机自动行走的控制策略。  本文结合设计要求,设计了以STM32控制器为核心的,辅以三轴加速度传感器ADXL345和三轴磁力传感器MAG3110的姿态检测系统。该系统能够根据检测到的掘进机当前的姿态角度同预定目标掘进中心线上的该点的目标姿态之间的误差,对掘进机作出相应的调整。使掘进机能够在预定轨迹上行走,保证误差在目标范围内。  首先,给出了基于STM32和ADXL345、MAG3110为核心的姿态检测系统的整体设计方案,并对相应的各个模块进行了设计。  其次,通过建立全局坐标系统,运用欧拉坐标变换和余弦矩阵解算出掘进机的三个姿态角和方位。分析系统误差来源,建立误差模型,计算补偿误差。  最后,建立掘进运动学模型,分析掘进机行走控制策略,通过实际检测数据和目标数据做比较,以巷道中心线设计精度为依据控制掘进机的液压马达实现自动行走,并通过实验仿真分析控制效果。
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