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基于Gauss-Newton法的空间管形拟合算法的研究 被引量：23
1
作者 杨铎 《大连大学学报》 2014年第3期19-23,共5页
三坐标测量仪在管类产品的加工验证中高频使用。在管形坐标的测量中,由于测量坐标系与设计测量系很难保持一致,通常需要将测量坐标在CAD软件中通过旋转、平移等操作与设计坐标进行吻合调整。但此操作依靠人眼进行吻合度判断,对比精度会... 三坐标测量仪在管类产品的加工验证中高频使用。在管形坐标的测量中,由于测量坐标系与设计测量系很难保持一致,通常需要将测量坐标在CAD软件中通过旋转、平移等操作与设计坐标进行吻合调整。但此操作依靠人眼进行吻合度判断,对比精度会大大降低,使三坐标测量仪的高精度得不到真正的发挥。本文在建立空间管形自由状态方程和两端约束管形方程的基础上,建立两种模型下的测量坐标管形与设计管形之间的最佳逼近目标方程,采用Gauss-Newton法对测量管形与设计管形进行最佳逼近求解,减少人为操作误差,提高测量精度。 展开更多
关键词 四元数法 Gauss-Newton法 空间管形 拟合
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采用光学定位跟踪技术的三维数据拼接方法 被引量：21
2
作者 韩建栋 吕乃光 +2 位作者 王锋 娄小平 祝连庆 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第1期45-51,共7页
为了实现大型自由曲面的三维面型测量,提出了采用光学定位跟踪技术的数据拼接方法。平面靶标作为中介,固定在测量系统上,靶标上的特征点在测量坐标系中的坐标通过中介坐标转换法获得。利用双目立体视觉构建跟踪定位系统,并以跟踪坐标系... 为了实现大型自由曲面的三维面型测量,提出了采用光学定位跟踪技术的数据拼接方法。平面靶标作为中介,固定在测量系统上,靶标上的特征点在测量坐标系中的坐标通过中介坐标转换法获得。利用双目立体视觉构建跟踪定位系统,并以跟踪坐标系为全局坐标系,获取平面靶标上特征点的三维全局坐标,求得测量坐标系到全局坐标系的转换矩阵。将测量传感器在不同位置下所测的各子区域的三维数据统一到全局坐标系下,完成大型自由曲面的全局测量。实验结果表明:单次测量精度为0.11 mm;对10 cm×10 cm的平面靶标上100个点进行两次测量,拼接均方误差为0.34mm。该方法操作简单、可行,并可满足要求。 展开更多
关键词 光学面形测量 数据拼接 光学跟踪 结构光 四元数法
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基于曲率的点云数据配准算法 被引量：15
3
作者 路银北 张蕾 +1 位作者 普杰信 杜鹏 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2007年第11期2766-2769,共4页
为了实现不同视角下测得的数据的多视定位,提出一种点云数据配准算法。该算法针对近邻内的点,采用二次曲面逼近的方法来求得每个点的曲率,并根据曲率的Hausdorff距离来寻找有效点集,建立名义上的对应关系,最后用四元组法来求得坐标变换... 为了实现不同视角下测得的数据的多视定位,提出一种点云数据配准算法。该算法针对近邻内的点,采用二次曲面逼近的方法来求得每个点的曲率,并根据曲率的Hausdorff距离来寻找有效点集,建立名义上的对应关系,最后用四元组法来求得坐标变换,把数据统一到一个坐标系下。该算法利用曲率的性质准确判断对应点集,解决了任意多视点云的拼合问题,试验结果验证了其有效性和精度。 展开更多
关键词 点云 曲率 配准 法矢 HAUSDORFF距离 四元组法
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碎石料直剪实验的组合颗粒单元数值模拟 被引量：16
4
作者 严颖 季顺迎 《应用力学学报》 CSCD 北大核心 2009年第1期1-7,共7页
通过构造三维组合颗粒单元来描述颗粒间的互锁效应,对非规则颗粒材料的力学行为进行了离散元数值模拟,并通过碎石料的直剪实验进行了验证。该组合颗粒的质量与碎石块具有相同的概率分布特性,其几何形态则由不同数目、镶嵌尺寸、组合方... 通过构造三维组合颗粒单元来描述颗粒间的互锁效应,对非规则颗粒材料的力学行为进行了离散元数值模拟,并通过碎石料的直剪实验进行了验证。该组合颗粒的质量与碎石块具有相同的概率分布特性,其几何形态则由不同数目、镶嵌尺寸、组合方位和粒径的球形颗粒进行随机构造。组合颗粒单元在局部与整体坐标之间的转动、力矩和方位关系通过四元素方法进行确定;颗粒之间的作用力采用具有Mohr-Coulomb摩擦定侓的Hertz-Mindlin非线性接触模型,并考虑了非线性法向粘滞力的影响。在不同的法向应力下,对碎石料在直剪实验中的剪切应力和剪胀现象进行了离散元模拟,计算结果与实测结果相吻合;此外,在不同的法向应力和接触摩擦系数下,对碎石料的有效摩擦系数进行了计算和讨论。本文工作验证了组合颗粒单元在非规则颗粒材料的离散元模拟中的可行性。 展开更多
关键词 直剪实验 离散元方法 组合颗粒单元 非规则碎石 四元素法
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基于四元数的四轴飞行器姿态控制 被引量：13
5
作者 荆学东 潘翔 《现代电子技术》 北大核心 2018年第16期116-119,共4页
为了实现四轴飞行器的姿态控制,建立四轴飞行器四元数运动学方程,给出了四元数微分方程的解析解和数值解,在此基础上求解出欧拉角。四轴飞行器采用串级PID控制算法,以欧拉角作为系统外环,补偿后的角速度作为系统内环。通过Matlab/Simul... 为了实现四轴飞行器的姿态控制,建立四轴飞行器四元数运动学方程,给出了四元数微分方程的解析解和数值解,在此基础上求解出欧拉角。四轴飞行器采用串级PID控制算法,以欧拉角作为系统外环,补偿后的角速度作为系统内环。通过Matlab/Simulink仿真,对比单级PID控制效果,验证了算法的可靠性。最后,搭建了飞行器试验平台,在STM32飞控板上编程实现算法。实验证明,该控制系统较单级PID具有响应速度快,超调量小等优点,基本满足室外飞行要求。 展开更多
关键词 四轴飞行器 四元数法 PID控制算法 串级PID 姿态控制 微分方程
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基于梯度下降法和互补滤波的航向姿态参考系统 被引量：12
6
作者 陈亮 杨柳庆 肖前贵 《电子设计工程》 2016年第24期38-41,45,共5页
针对微型无人机航向姿态参考系统低成本、小型化的工程实现需求,基于三轴陀螺仪、加速度计和磁力计,提出了一种在线实时姿态估计算法。该算法采用四元数描述系统模型,采用改进的梯度下降法预处理加速度计和磁力计的姿态信息,然后采用互... 针对微型无人机航向姿态参考系统低成本、小型化的工程实现需求,基于三轴陀螺仪、加速度计和磁力计,提出了一种在线实时姿态估计算法。该算法采用四元数描述系统模型,采用改进的梯度下降法预处理加速度计和磁力计的姿态信息,然后采用互补滤波融合陀螺仪的姿态信息,实现高精度实时姿态估计。最后通过在线性能测试,来验证算法的有效性。结果表明,该算法测量误差小、运算量小、实时性高,具有较高的工程应用价值。 展开更多
关键词 航姿系统 梯度下降法 互补滤波 四元数
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小波变换法在姿态解算中的应用 被引量：11
7
作者 刘春 刘滔 +2 位作者 张海燕 卫吉祥 汪志宁 《电子测量与仪器学报》 CSCD 北大核心 2021年第1期183-190,共8页
在惯性导航系统中,为提高陀螺仪的姿态测量精度,抑制低频噪声的影响,提出采用小波变换法融合陀螺仪、加速度计数据解算姿态角。首先将陀螺仪采集的数据进行2层小波分解,剔除低频分量和不稳定的信号,并和高频分量重构,得到滤波后的陀螺... 在惯性导航系统中,为提高陀螺仪的姿态测量精度,抑制低频噪声的影响,提出采用小波变换法融合陀螺仪、加速度计数据解算姿态角。首先将陀螺仪采集的数据进行2层小波分解,剔除低频分量和不稳定的信号,并和高频分量重构,得到滤波后的陀螺仪数据。然后利用加速度计采集的数据解算姿态角,用来不断迭代初始四元数,由初始四元数求出重力向量,再由重力向量叉积求出误差,并作PID控制来修正陀螺仪的角度。最后把修正和滤波后的陀螺仪数据用龙格库塔法计算新的四元数,用该四元数进行负增益调节,最终解算出精确的姿态角。仿真结果表明,解算姿态角的精度提高了80%,可以有效地抑制低频噪声,更加精确地计算姿态角,从而进一步提高导航系统的定位精度。 展开更多
关键词 惯性导航系统 小波变换法 姿态角 龙格库塔法 四元数法
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农药喷洒四轴飞行器的模糊PID姿态控制 被引量：10
8
作者 荆学东 潘翔 汪泽涛 《排灌机械工程学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第5期454-460,共7页
为了实现四轴飞行器更稳定的姿态控制,建立了四轴飞行器四元数运动学方程,并给出了四元数微分方程的解析解和数值解,在此基础上求解出了欧拉角.针对农药喷洒四轴飞行器在作业过程中负荷发生改变后影响控制效果的问题,设计了模糊PID控制... 为了实现四轴飞行器更稳定的姿态控制,建立了四轴飞行器四元数运动学方程,并给出了四元数微分方程的解析解和数值解,在此基础上求解出了欧拉角.针对农药喷洒四轴飞行器在作业过程中负荷发生改变后影响控制效果的问题,设计了模糊PID控制器,通过Matlab/Simulink仿真,对比传统PID控制效果,验证了算法的可靠性.搭建了飞行器试验平台,在stm32飞控板上编程实现算法.试验中,通过改变飞行器质量,对比了传统PID和模糊PID的控制效果.在飞行器质量改变前后,模糊PID比传统PID的超调量分别降低22%和30%,上升时间分别减少0.06,0.08 s,调节时间分别减少0.70,0.80 s.试验结果表明,模糊PID控制系统较传统PID控制具有响应速度快、超调量小等优点,能更好地满足农业作业四轴飞行器的控制要求. 展开更多
关键词 四轴飞行器 四元数法 传统PID 模糊PID MATLAB/SIMULINK
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基于Morse-Smale拓扑特征的文物碎片拼接算法 被引量：10
9
作者 袁洁 周明全 +1 位作者 耿国华 张雨禾 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第8期1486-1495,共10页
针对计算机辅助文物虚拟复原中由于破损文物断裂部位边缘受损而引起的轮廓线不能充分表示断裂面几何特征的问题,提出了一种基于断裂面拓扑特征的破碎文物自动拼接算法.首先,定义碎片模型顶点显著度指标函数,提取断裂面特征点,依据Morse-... 针对计算机辅助文物虚拟复原中由于破损文物断裂部位边缘受损而引起的轮廓线不能充分表示断裂面几何特征的问题,提出了一种基于断裂面拓扑特征的破碎文物自动拼接算法.首先,定义碎片模型顶点显著度指标函数,提取断裂面特征点,依据Morse-Smale复形理论构建并简化断裂面的几何拓扑图;然后,通过定义基准点与0值面,从而计算目标点的对应高度差值,将拓扑图中四边形曲面构造成为能完整表示断裂面几何特征的特征描述符,并根据凹凸互补性计算初始特征四边形匹配集的误差,筛选出最优匹配集;最后,采用四元组方法计算旋转、平移矩阵,利用穷举搜索法实现碎片的精确拼接.实验结果表明,该方法针对断裂部位边缘受损的破碎文物模型可获得较满意的拼接效果. 展开更多
关键词 Morse-Smale复形 刚体变换 特征描述符 四元数 穷举搜索
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四元数在单翼末敏弹扫描仿真中的应用 被引量：9
10
作者 顾建平 韩子鹏 《弹道学报》 EI CSCD 北大核心 2010年第4期15-18,共4页
用欧拉角法表示单翼末敏弹扫描运动微分方程时,过多的三角函数计算容易导致系统微分方程出现奇点和传递误差,进而导致计算结果失真,针对此问题,选择四元数法来表示欧拉运动学方程,并对其系统微分方程进行修改,比较两者在描述单翼末敏弹... 用欧拉角法表示单翼末敏弹扫描运动微分方程时,过多的三角函数计算容易导致系统微分方程出现奇点和传递误差,进而导致计算结果失真,针对此问题,选择四元数法来表示欧拉运动学方程,并对其系统微分方程进行修改,比较两者在描述单翼末敏弹扫描运动时的计算机仿真图形.结果表明,相比传统的欧拉角法,四元数法的算法更优化,适合于计算在各种姿态下的扫描运动,更能客观、准确地揭示单翼末敏弹的扫描规律. 展开更多
关键词 单翼末敏弹 四元数法 欧拉角法
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基于有理B样条曲线的焊接机器人操作空间轨迹规划 被引量：9
11
作者 李亮玉 龙洋 +2 位作者 王天琪 岳建峰 孟庆宇 《天津工业大学学报》 CAS 北大核心 2015年第6期80-83,88,共5页
对空间复杂曲线机器人轨迹规划问题进行了研究.通过Solid Works软件提取三维模型上焊缝曲线的IGES数据文件,将曲线分为直线、圆弧、有理B样条曲线形式;建立曲线路径点离散算法模型,并根据工件特征进行各路径点的焊枪坐标系路径规划工作.... 对空间复杂曲线机器人轨迹规划问题进行了研究.通过Solid Works软件提取三维模型上焊缝曲线的IGES数据文件,将曲线分为直线、圆弧、有理B样条曲线形式;建立曲线路径点离散算法模型,并根据工件特征进行各路径点的焊枪坐标系路径规划工作.在VBA环境下编制规划程序,并传送给Robotstudio软件.仿真和焊接实验表明:该算法相比人工示教工作可以快速完成焊接机器人的路径规划工作. 展开更多
关键词 有理B样条曲线 焊接机器人 操作空间 轨迹规划 路径规划 离线编程 四元素法
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基于光滑粒子流体动力学的波浪中航行体入水数值模拟 被引量：2
12
作者 管祥善 孙鹏楠 +1 位作者 李江昊 孙龙泉 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2024年第2期85-95,I0002,共12页
航行体在波浪条件下高速入水的运动响应和载荷特性是其研发设计过程中需要重点考虑的问题,为了对该问题进行精准预测,采用无网格光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)方法,提出了一种新型周期性波浪边界技术,利用... 航行体在波浪条件下高速入水的运动响应和载荷特性是其研发设计过程中需要重点考虑的问题,为了对该问题进行精准预测,采用无网格光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)方法,提出了一种新型周期性波浪边界技术,利用四元数法计算物体六自由度运动,建立了波浪条件下入水模拟的数值水池。通过对静水中方块体垂直落水和航行体倾斜入水运动轨迹和冲击载荷的模拟,对比于实验参考结果,验证了数值模型的计算精度。随后,在SPH数值波浪水池中对航行体在不同波浪相位角下的高速入水过程开展研究,结果表明航行体弹道稳定性受到波浪相位角影响显著,0°相位角入水时弹道最为稳定。该新型SPH数值水池能够实现航行体波浪中入水过程的精确预报。 展开更多
关键词 光滑粒子流体动力学 航行体入水 周期性边界 造波 四元数法
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克服欧拉方程奇异性的方法研究 被引量：6
13
作者 熊志斌 刘喜斌 《岳阳师范学院学报（自然科学版）》 2000年第4期60-62,共3页
通过一个具体算例对四元数法和双欧法进行了研究和比较，澄清了四元数法应用中的几个问题，并且发现双欧法比四元数法能更好地克服欧拉方程的奇异性。
关键词 欧拉方程 奇异性 四元效法 双欧法
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EWT算法在姿态解算中的应用 被引量：6
14
作者 刘春 陈豪 +2 位作者 戴雷 葸生宝 何敏 《电子测量与仪器学报》 CSCD 北大核心 2021年第8期220-227,共8页
针对陀螺仪存在低频噪声和漂移误差导致姿态测量精度下降的问题,提出采用经验小波变换(empirical wavelet transform,EWT)算法融合陀螺仪、加速度计解算姿态角。首先运用EWT算法对陀螺仪采集的数据进行频谱分割,得到信号的模态分量;其... 针对陀螺仪存在低频噪声和漂移误差导致姿态测量精度下降的问题,提出采用经验小波变换(empirical wavelet transform,EWT)算法融合陀螺仪、加速度计解算姿态角。首先运用EWT算法对陀螺仪采集的数据进行频谱分割,得到信号的模态分量;其次采用小波自适应软阈值去噪的方法对信号进行降噪处理并重构信号,得到处理后的陀螺仪数据;然后根据PID互补滤波方法,利用加速度计的数据实现对陀螺仪数据的修正;最后利用校正后的陀螺仪数据,结合龙格库塔法解算四元数,从而通过四元数获得精确的姿态角。实验结果表明,EWT算法融合陀螺仪和加速度计,能够将姿态解算精度提高50%,且降噪效果良好,满足姿态解算准确性的要求。 展开更多
关键词 经验小波变换 小波阈值去噪 PID互补滤波 姿态解算 四元数法
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基于四元数的导弹反步控制及全方位算法应用 被引量：5
15
作者 刘忠 梁晓庚 +1 位作者 贾晓洪 曹秉刚 《系统仿真学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第10期2734-2737,共4页
针对传统四元数适应范围小,分析误差困难问题,基于误差四元数的概念深入研究了姿态误差形式和姿态角和四元数全方位转换问题,提出了姿态角和四元数的全方位转换算法。该算法实现了姿态角和四元数的-1800到1800全空间转换,并且具有抗扰... 针对传统四元数适应范围小,分析误差困难问题,基于误差四元数的概念深入研究了姿态误差形式和姿态角和四元数全方位转换问题,提出了姿态角和四元数的全方位转换算法。该算法实现了姿态角和四元数的-1800到1800全空间转换,并且具有抗扰动的能力,同时将四元数与非线性反步(backstepping)方法结合,进行了导弹姿态控制。仿真表明了全角度算法的正确性,以及基于文中的四元数姿态误差方程可有效进行导弹全方位姿态控制。 展开更多
关键词 四元数 BACKSTEPPING方法 姿态控制 全方位运动 欧拉角
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多基准点下多视点云拼接对齐方法的研究 被引量：5
16
作者 曹照均 李尚平 李冰 《机械设计与制造》 北大核心 2014年第4期54-56,共3页
为了探究逆向工程中急需解决的高效高精度坐标转换方法,因此研究了基于多基准点的多视点云对齐技术。通过利用对基准点的滤波以及四元数作为旋转因子的特性,提出了一种新的滤波方法并改进了多视点云拼接方法,实现了多视点云的快速精确... 为了探究逆向工程中急需解决的高效高精度坐标转换方法,因此研究了基于多基准点的多视点云对齐技术。通过利用对基准点的滤波以及四元数作为旋转因子的特性,提出了一种新的滤波方法并改进了多视点云拼接方法,实现了多视点云的快速精确拼接。利用该方法对模型车外壳进行反求,分别采用三基准点法和多基准点法对模型车多视点云进行对齐,并得到不同方法下的转换精度,验证了该新方法的高精度性和优越性,同时也证明了三基准点法的不稳定性。 展开更多
关键词 逆向工程 多视点云对齐 四元数法 滤波
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基于四元数法的火炮随动系统解耦控制 被引量：5
17
作者 汤勇刚 杨建文 李宗良 《火力与指挥控制》 CSCD 北大核心 2002年第5期75-78,共4页
用四元数法分析火炮随动控制中系统两个控制通道耦合的问题,提出了用解耦控制的方法消除火炮随动系统的静差。该方法可推广应用于同类随动系统的解耦控制中。
关键词 火炮随动系统 解耦控制 四元数法
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基于倍四元数的缝纫机器人运动学分析 被引量：3
18
作者 闫鑫 马丽萍 +1 位作者 王晓华 吴楠 《机械传动》 北大核心 2020年第10期68-73,共6页
针对传统D-H法以及旋量法进行机器人运动学分析过程中存在运算效率低、奇异性的问题,采用倍四元数求解了缝纫机器人的运动学参数。建立倍四元数形式的缝纫机器人的运动学方程,应用消元法构造Dixon结式,实现运动学参数求解。在受限工作... 针对传统D-H法以及旋量法进行机器人运动学分析过程中存在运算效率低、奇异性的问题,采用倍四元数求解了缝纫机器人的运动学参数。建立倍四元数形式的缝纫机器人的运动学方程,应用消元法构造Dixon结式,实现运动学参数求解。在受限工作范围内进行运动学分析仿真,结果表明,该方法运算效率高,较D-H法在速度上提高了10%左右,可为机器人纺织缝纫过程中的运动控制提供理论依据。 展开更多
关键词 四元数法 倍四元数法 Dixon消元 缝纫机器人 运动学 工作空间
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基于捷联惯导的火炮随动系统应用研究 被引量：4
19
作者 李伟 饶蔚巍 +1 位作者 韩崇伟 赵维 《火炮发射与控制学报》 北大核心 2009年第1期35-38,共4页
将捷联惯导安装在火炮的摇架上,直接测量身管的射向,可提高火炮的操瞄精度。采用四元数法求解火炮随动系统的解耦误差控制量,使方位、高低随动能够独立控制,可避免将主令与捷联惯导姿态测量的对应值直接求差,作为随动系统的误差控制量,... 将捷联惯导安装在火炮的摇架上,直接测量身管的射向,可提高火炮的操瞄精度。采用四元数法求解火炮随动系统的解耦误差控制量,使方位、高低随动能够独立控制,可避免将主令与捷联惯导姿态测量的对应值直接求差,作为随动系统的误差控制量,致使两个通道的运动控制存在耦合的问题,从而提高调炮精度。工程实践证明该方法有效。 展开更多
关键词 自动控制技术 捷联惯导 四元数法 火炮随动系统
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基于捷联惯导的悬臂式掘进机位姿解算算法研究 被引量：4
20
作者 郑伟雄 沈阳 +3 位作者 马浚清 胡立同 符世琛 吴淼 《煤炭工程》 北大核心 2020年第9期170-176,共7页
针对煤矿井下高煤尘、光线暗的恶劣环境中掘进机无法实现动态位姿检测的问题,提出了基于捷联惯导的悬臂式掘进机位姿检测方法并对其解算算法做了对比研究。捷联惯导是通过三轴陀螺仪和三轴加速度计实时测得掘进机的角速度和加速度,根据... 针对煤矿井下高煤尘、光线暗的恶劣环境中掘进机无法实现动态位姿检测的问题,提出了基于捷联惯导的悬臂式掘进机位姿检测方法并对其解算算法做了对比研究。捷联惯导是通过三轴陀螺仪和三轴加速度计实时测得掘进机的角速度和加速度,根据位姿解算算法动态输出掘进机的姿态和位置信息。位姿解算算法很大程度决定着姿态和位置的精度,因此结合掘进机实际掘进工艺的特点,围绕位姿解算算法的适用性和优劣性,对比了四元数和等效旋转矢量两种位姿解算算法,分析了姿态解算误差的影响因素。在有噪声正弦运动和模拟掘进机行走运动两种情况下进行仿真并搭建了利用小车循迹代替掘进机掘进的实验平台进行实验,结果表明,两种算法均能满足掘进机姿态角的解算精度要求,四元数法的姿态解算精度高于等效旋转矢量法;位置的解算误差较大且呈发散状态,这有待于进一步研究。 展开更多
关键词 捷联惯导 掘进机位姿 四元数法 等效旋转矢量
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