捷联惯导悬臂掘进机位姿解算：四元数 vs 等效旋转矢量

"基于捷联惯导的悬臂式掘进机位姿解算算法研究-论文" 这篇论文探讨了在煤矿井下复杂环境（高煤尘、光线暗）中，如何利用捷联惯导系统（ Strap-down Inertial Navigation System, SINS）对悬臂式掘进机进行精确的位姿检测。捷联惯导系统是通过集成的三轴陀螺仪和三轴加速度计来实时测量掘进机的角速度和加速度，以此计算出掘进机的动态姿态和位置信息。 位姿解算算法是捷联惯导系统中的关键部分，它直接影响到输出的精度。论文比较了两种常用的位姿解算算法：四元数法和等效旋转矢量法。四元数法是一种高效且避免 gimbal lock 问题的数学工具，适用于描述连续的三维旋转。等效旋转矢量法则相对简单，但可能会在某些情况下导致数值不稳定性。 论文中深入分析了两种算法在掘进机实际工作过程中的适用性和性能。在有噪声的正弦运动和模拟掘进机行走运动的仿真环境下，两种算法都被测试以评估其解算姿态角的精度。实验结果显示，尽管两者都能满足掘进机姿态角解算的精度要求，但在姿态解算精度上，四元数法优于等效旋转矢量法。 然而，对于位置的解算，两种算法都显示出较大的误差且呈现发散状态，这是未来需要进一步研究和优化的方向。这意味着当前的算法在位姿解算中可能存在定位误差，这对掘进机的精确控制和安全操作具有重要意义。 此外，论文还建立了一个实验平台，通过小车循迹模拟掘进机的运动，进一步验证了理论分析的结果。这个实验平台为实际工况下的位姿解算提供了实践依据。 这篇研究论文揭示了在恶劣环境下，利用捷联惯导技术解决掘进机位姿检测的挑战，并对四元数和等效旋转矢量两种算法进行了深入的比较和评估，为未来优化掘进机定位系统提供理论和技术支持。同时，这也为煤矿井下自动化和智能化的发展提供了有价值的参考。