塔式起重机（以下简称为塔机）是一种大型高危特种设备,如何保障塔机符合操作规范、定位塔机损伤位置、预测塔机寿命是塔机安全监控领域亟待解决的问题。塔机结构一旦出现损伤,必然会引起结构动力特性发生改变。对塔机各组成部件的姿态、加速度、速度和轨迹等运动学参数的研究可以找到损伤特征与信号的对应关系。高精度的塔机运动参数检测装置不仅可以测量塔机的运动学参数,还可以利用上述对应关系预测塔机损伤状况。运动检测是指利用惯性导航技术获取塔机的运动学参数。载体（指塔机选定位置）的运动学参数包括加速度、速度、位移。其中加速度和角速度为惯性导航系统的直接测量数据,其它参数需由该数据推导。本文涉及塔机检测点的选择、传感器布置方案的研究、姿态和位置解算算法的分析以及计算机仿真和实验验证,具体研究内容如下:本文阐述了塔机位置姿态获取技术以及惯性导航技术的现状,论述了捷联惯性导航技术在解决该问题上的优缺点。针对塔机运动检测的需求和特点,选择了起重臂臂端和臂根、平衡臂臂端以及吊钩作为运动检测位置,并提出了总体检测方案。本文分析了方向余弦法和四元数法之间的差异,并选择了四元数法对载体姿态问题进行解算。本文姿态解算的核心步骤是,利用双子样算法采集陀螺仪信息,再使用四阶隆哥库塔法求解等效旋转向量,最后通过等效转动向量更新四元数。运用SINS工具箱对姿态解算算法进行锥运动环境下的仿真。利用SINS工具箱建立载体的一般旋转运动,模拟惯性器件的误差,研究姿态解算算法误差和元器件误差的关系。仿真结果表明,上述姿态解算算法误差产生的影响远小于陀螺仪误差的影响。塔机的位置检测可以分为塔机臂和塔身顶端,本文通过仿真和实验的方法对这两种情况进行了研究。通过Adams建立塔机模型,对塔机起升和回转情况下使用加速度获取位置的积分算法进行仿真,验证了积分算法的可靠性。本文对适用于该环境下的惯性器件的性能和特点进行了总结。最终通过JY901S和BZ1193组合的方式制作了实验测量装置。使用该装置在QTZ80塔机上进行了起升卸载和回转实验。针对起升卸载实验中塔机塔身运动特点,提出了一种分段位移求解方法。在塔机回转实验中加速度数据的趋势项误差随时间累积明显,本文通过三次多样式拟合曲线对上述问题进行抑制并获取了位移参数。实验结果表明,在塔机起升卸载运动下,JY901S的精度可用,平均位移测量误差在6%左右;在塔机回转运动下,误差较大,本文通过卡尔曼滤波对回转实验中位置解算算法进行优化,最终误差在6.1%左右。以上精度基本满足运动学检测需求。