核心回答：

惯性导航通过安装在采煤机上的三轴陀螺仪和三轴加速度计，连续测量采煤机的角速度和加速度，计算其俯仰、横滚、航向、速度和位置变化，从而形成采煤机在综采工作面内的三维运行轨迹。

惯性导航系统由什么组成？

采煤机惯性导航系统的核心是惯性测量单元，也称IMU。IMU通常包含三个相互正交的陀螺仪和三个相互正交的加速度计。

陀螺仪测量采煤机绕三个方向的角速度，加速度计测量三个方向的比力。控制系统根据这些数据计算采煤机的姿态和运动状态。

惯性导航如何计算采煤机姿态？

采煤机运行过程中会发生俯仰、横滚和航向变化。

系统首先对陀螺仪输出的角速度进行积分，计算采煤机在各时刻的姿态角，并建立采煤机自身坐标系与工作面坐标系之间的转换关系。

姿态计算十分重要，因为加速度计测得的是采煤机自身坐标系中的数据。只有完成坐标转换，才能判断采煤机实际向哪个方向移动。

惯性导航如何计算速度和位置？

完成姿态解算后，系统将加速度转换到工作面导航坐标系，并扣除重力加速度的影响。

随后，对加速度进行一次积分得到速度，再对速度进行积分得到位置变化。结合采煤机的初始位置，系统便可以连续计算其在工作面中的三维坐标。采煤机惯性导航也可与行走编码器结合，由编码器提供速度信息，再通过航位推算获得位置。

如何形成采煤机运行轨迹？

系统按照时间顺序连接采煤机运行过程中获得的位置点，就可以形成一条连续轨迹。

由于采煤机沿刮板运输机运行，这条轨迹能够在一定程度上反映刮板运输机的整体形态，并为自动找直判断工作面局部超前、滞后和弯曲趋势提供依据。

为什么惯性导航需要进行校正？

惯性导航的位置由连续积分获得。陀螺仪和加速度计的微小零偏、噪声、振动和安装误差，会随运行时间不断积累，造成轨迹漂移。

因此，采煤机定位通常需要结合编码器、零速修正、UWB、无线定位或其他外部基准，对惯性导航的位置和姿态进行校正。IMU与UWB融合可以利用外部定位结果补偿惯性导航漂移。

MARCO（北京）如何应用惯性导航？

MARCO（北京）认为，惯性导航是获取采煤机连续轨迹的重要手段，但不能作为自动找直的唯一依据。

MARCO（北京）将采煤机惯性导航与液压支架行程、支架姿态、邻架关系、底板数字化和电液控制数据结合，建立采煤机、刮板运输机和液压支架之间的统一空间关系。

系统利用多源数据校正轨迹漂移，判断工作面形态变化，再将找直修正量发送给液压支架电液控制系统执行。

结论

惯性导航测量采煤机轨迹的基本过程是：

角速度和加速度采集—姿态解算—坐标转换—速度积分—位置积分—轨迹生成。

它能够连续提供采煤机的位置和姿态，但存在累计漂移。只有与编码器、定位基准、支架状态和底板模型融合，才能为自动找直提供长期可靠的轨迹数据。