悬臂式掘进机是用于地下机械化施工的重型机械,其工作环境恶劣,如何有效地实现掘进机的智能控制,将操作人员从繁重的体力劳动和危险、有害的环境中解脱出来,一直是人们积极探索的热点问题。由于掘进机所处的工作环境对导航系统的限制条件很多,论文探讨在掘进机中引进完全自主式的捷联式惯性导航定位系统,实现掘进机的无人驾驶和作业。论文首先对捷联式惯性导航系统的总体结构、工作原理等进行了分析;然后结合现场数据着重分析了捷联惯导数字平台中姿态矩阵的解算方法;最后讲述了捷联式惯导系统在无人掘进机控制系统中的软硬件实现方式。捷联惯导系统利用惯性测量元件测量载体相对于惯性空间的运动参数,并经过计算后实施导航任务。导航计算机实时求解姿态矩阵,捷联矩阵的解算方法是导航软件的核心,其求解精度直接关系到掘进机的姿态角,本文重点讲述了捷联矩阵的四元数解算方法并对其编程进行了实现。论文研究了捷联式惯导系统在无人掘进机中的控制及实现方式。控制系统以CAN总线作为其通信方式,主要由监控系统、嵌入式控制器、测量及执行单元三部分组成。掘进机启动后,上位机通过下位机将事先将离散好的运动轨迹和墙体坐标下载到PLC控制器,同时读取数据在屏幕显示理论轨迹。掘进机上的惯组和角度、位移等传感器获得掘进机车体三轴方向的加速度和角速度信号及机械臂的伸缩长度和旋转角度等信息,通过CAN总线发送到嵌入式控制器,求解得到掘进机车体实时的位置及姿态信息,经坐标变换转化为掘进机的控制量,嵌入式控制器通过CAN总线向PLC发出控制指令,实现车体姿态的调整、运动轨迹的跟踪及截割作业。系统软件以VC++为实现环境,将各传感器提取的车体及截割头实时姿态信息,绘制成运动及工作曲线,有效地对掘进机工作情况进行监控。软、硬件经现场测试,有较好的控制效果,理论设计轨迹与实际作业轨迹二者基本吻合,证明论文中将捷联式惯性导航系统引入到掘进机的自主控制中,实现掘进机的无人作业,是一种有效的方法。