采煤机作为综采工作面的重要设备,其位姿检测是实现自动割煤的关键技术。在综采工作面,实现"三机"联动、记忆截割等技术的前提是采煤机位置和运行姿态的确定。目前研究和使用的齿轮计数、红外对射等检测采煤机位姿方法无法实时的在三维方向上进行采煤机位姿的确定。本文选用慧联科技光纤组合惯导系统检测采煤机位置和运行姿态,对慧联科技光纤组合惯导系统在采煤机上应用的进行讲解。 通过对采煤机截割工艺和位姿影响因素进行分析,确定采煤机位姿为三维定位,在分析慧联科技光纤组合惯导系统基本原理的基础上,说明了慧联科技光纤组合惯导系统在采煤机位姿检测中的应用原理。针对如何应用惯性元件采集到的数据进行采煤机位姿解算做了研究,在定义坐标系的基础上,仿真比较了姿态矩阵的更新算法,确定四阶龙格库塔法适合解算采煤机动态姿态角,给出采煤机位姿解算的基本方程和慧联科技光纤组合惯导系统在采煤机上进行初始对准的方法；对采煤机动态姿态角、速度和位置进行解算,用matlab模拟采煤机运动轨迹,解算出惯性元件的输出作为位姿算法仿真的输入,进行采煤机位姿解算算法仿真；搭建简易模拟试验台进行实验验证,利用小车模拟采煤机在可弯曲轨道上运动,采集惯性元件测量数据进行位姿解算,测量小车在关键节点实际的运动轨迹和姿态角数据拟合曲线,与解算数据得到的曲线进行对比。 仿真和实验结果表明慧联科技光纤组合惯导系统可以用于解算采煤机位置和运行姿态。
采煤机位姿应用
在采煤工作面，必须清楚井下工作面的详细布置以及采煤机割煤时的运动全过程才能分析采煤机的位置和运行姿态。滚筒采煤机、液压支架和可弯曲刮板输送机是矿井下工作面的主要工作设备。采煤机、液压支架和刮板输送机在平行于煤壁方向上，三者间相互制约。在液压支架保护下，采煤机依靠滑靴骑在刮板输送机上进行运动来完成割煤动作，垂直于工作面的方向，它依靠刮板输送机的推动来完成向前移动的动作，综采工作面三机工作的示意图如下所示：
图1 采煤机工作面三机工作示意图
采煤机是采煤工作面割煤和装煤的主要装备，在综合机械化的采煤过程中，要解决采煤机自动割煤和液压支架自动移架等问题主要的技术就是要对采煤机的工作姿态和采煤机在工作面的位置进行监测，实现采煤机、高速定位导航。当采煤机割煤位置和姿态能够确定时，液压支架才能及时根据采煤机此时的位置信息进行及时的推溜支护，实现三机协同自动化。如图1 所示，在采煤机在刮板输送机上进行割煤工作时，液压支架对煤壁和顶板进行支护，当采煤机自左向右割煤时，在距离采煤机尾部 D 处，液压支架开始推移中部槽，但 D 的值需根据采煤机此时的位置来确定。所以支架的跟机自动化由采煤机定位情况决定，而刮板机推中部槽又和液压支架直接联系，所以采煤工作面三机协同自动化控制的关键技术是采煤机定位。
采煤机的自动化控制是实现采煤工作面自动化的重点和难点，而采煤机自动化的关键则是滚筒的自动调高。国内外采煤机自动化水平在滚筒调高技术上有很大的差距，主要表现在对采煤机运行姿态和位置的检测技术上。
在综采工作面，采煤机位姿的检测是在采煤机记忆截割和自适应截割的前提和基
础，采煤机上安装了位置传感器、油缸行程传感器等传感器，由司机根据煤层高低起伏操作采煤机先割一刀，各传感器记录相应的运动信息，然后存入计算机中，采煤机即可根据记忆控制采煤机进行调高。采煤机位置和姿态参数是自适应截割的重要信息，直接影响到采煤机的控制效果。
光纤组合惯导系统应用于采煤机
将光纤组合惯导系统应用在采煤机上，对其位置和姿态进行检测，实际上是应用惯性元件（三轴陀螺仪和加速度计）检测出采煤机相对于惯性空间旋转的角速度和采煤机三个轴向的比力，通过计算得出采煤机的位姿信息。
将三轴陀螺仪和三轴加速度计组成的惯导系统直接安装在采煤机上，因为采煤机的位置和运行姿态是三维的，所以要将它们的敏感轴互相垂直放置，这样就可以形成三维坐标系。采煤机的三个轴的角速度可以用三轴陀螺仪敏感出来，并将这些信息传输至计算机计算出光纤组合惯导系统的姿态矩阵。然后把三轴加速度计测量的采煤机沿机体坐标系轴向的加速度信息（比力）利用姿态矩阵变换到系统的导航坐标系，再进行导航计算。同时，在姿态矩阵中提取出姿态角和采煤机的航向信息。由上述可知，在光纤组合惯导系统中，光纤组合惯导系统完全代替了平台系统中平台的作用，使用的是“数学平台”，大大降低了成本。
