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作者：邢轲轲;程敬义;许忠鑫;万志军;薛民体;闫万梓;包阔;易俊杰;
单位：中国矿业大学矿业工程学院;中国矿业大学信息与控制工程学院;
摘要：针对目前采场支架姿态感知中惯导方法存在漂移误差大、解算精度低，以及视觉方法存在相机易受粉尘与设备遮挡而位姿识别误差大等问题，提出了一种基于视觉-惯导信息融合的采场支架姿态感知方法。首先将四特征点红外标靶固定于支架底座凸台，将双目相机分别固定于支架顶梁与掩护梁，采用基于Canny-最小二乘法的靶标识别方法和基于四特征点的BA-PnP算法解算顶梁、掩护梁相对底座的俯仰角、横滚角。然后将惯性测量单元固定于液压支架顶梁、掩护梁、底座，通过惯性测量单元中MEMS陀螺仪和加速度计的互补滤波方法解算顶梁、掩护梁、底座在世界坐标系下的俯仰角、横滚角。最后将视觉系统解算的姿态角与惯导解算的姿态角进行扩展卡尔曼滤波多源信息融合，利用视觉信息的低频稳定性抑制惯性测量单元的累计误差，得到精确的采场支架姿态。采用基于视觉、惯导和视觉-惯导信息融合3种支架姿态感知方法进行对比实验，结果表明：(1)初始静止状态下，3种方法的精度均较高，但随着支架运行循环次数增加，基于视觉、惯导的感知结果逐渐偏离真值。(2)基于视觉、惯导和视觉-惯导信息融合方法的顶梁相对底座的俯仰角感知均方根误差分别为0.201,0.190,0.081°，掩护梁相对底座的俯仰角感知均方根误差分别为0.340,0.297,0.162°。(3)基于视觉-惯导信息融合方法解算的液压支架立柱伸缩长度的均方根误差为13.682 mm，满足现场需求。基于视觉-惯导信息融合的采场支架姿态感知方法可为液压支架智能化控制提供更准确的姿态参数。
关键词：液压支架姿态感知;视觉惯导信息融合;惯性测量单元;扩展卡尔曼滤波;光束平差-透视点定位姿态估计算法;IMU
基金资助：国家自然科学基金青年科学基金资助项目（51604267）; 中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（2022XSCX21）
