基于捷聯(lián)慣性傳感的吊鉤姿態(tài)估計技術(shù)研究.pdf

1、隨著我國工業(yè)經(jīng)濟不斷發(fā)展，起重機被廣泛應(yīng)用于港口作業(yè)、建筑施工、車站建設(shè)等各個領(lǐng)域。面對起重量增大，作業(yè)速度加快的市場需求，檢測起重機吊鉤移動擺角、擺向、位置，為操作員提供高精度吊鉤姿態(tài)參數(shù)，以保證起重機安全高效作業(yè)，具有重要工程意義。本文將捷聯(lián)慣性傳感技術(shù)引入吊鉤姿態(tài)估計系統(tǒng)中，在分析吊鉤三維運動模型基礎(chǔ)上，采用數(shù)據(jù)融合算法，實現(xiàn)姿態(tài)實時檢測。
　　針對吊鉤的特殊結(jié)構(gòu)，分析了該技術(shù)的可行性。提出了方向余弦矩陣、歐拉角、姿態(tài)四元數(shù)

2、等算法更新姿態(tài)，并結(jié)合本文設(shè)計的模擬吊鉤系統(tǒng)，選定四元數(shù)法對吊鉤姿態(tài)進行解算。建立吊鉤運動姿態(tài)數(shù)學(xué)模型，給出吊鉤姿態(tài)估計系統(tǒng)的整體框圖，并對吊鉤運動過程進行分析;利用球面三角形等原理，消除了吊鉤扭轉(zhuǎn)影響;分析研究了吊鉤運動擺角、投影擺向角等關(guān)鍵姿態(tài)參數(shù)。
　　針對陀螺儀、加速度計、磁強計等傳感器零漂誤差等問題，基于多傳感器數(shù)據(jù)融合思想，設(shè)計了傳統(tǒng)互補濾波數(shù)據(jù)融合算法，并提出基于模糊邏輯的自適應(yīng)互補濾波算法，以抑制外部加速度影響。同

3、時，采用擴展卡爾曼濾波算法對吊鉤姿態(tài)解算，并與互補濾波算法比較。在保證解算實時性的基礎(chǔ)上，擴展卡爾曼濾波算法精度最高，得到姿態(tài)角誤差范圍為偏航角小于2°，俯仰角小于1°，橫滾角小于1.5°，擺角小于0.5°，投影偏向角小于全角度范圍的2.5％。
　　利用慣性傳感器與磁強計集成模塊iNEMO平臺，實現(xiàn)了吊鉤姿態(tài)估計算法的應(yīng)用，為不干擾吊鉤運動，通過無線通訊將吊鉤姿態(tài)信息傳送至上位機顯示。設(shè)計了視覺測量系統(tǒng)，將其結(jié)果與捷聯(lián)慣性技術(shù)得到