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随着国家能源需求日益旺盛，以煤炭为主的能源结构将持续很长时间，而煤炭资源的安全高效开采问题，已经成为资源环境领域的重点研究课题。本文在国家“863”课题基金的资助下，以综采工作面“三机”装备—采煤机、液压支架和刮板输送机为研究对象，以实现井下工作面无人化采矿为目标，开展“三机”设备定位及任务协调研究。通过掌握“三机”协同运动规律，建立“三机”系统运动学模型，进而综合惯性导航理论以及超宽带无线传感网络定位理论，构建采煤机INS/UWB协同定位模型，实现封闭空间下采煤机高精度定位定姿。在此基础上，分析采煤机、液压支架与刮板输送机相互约束规律，开展工作面“三机”参数动态匹配技术研究，构建“三机”约束集合，进而建立“三机”任务协调机制，实现“三机”正常调度优化以及冲突消解，为智能化采矿提供理论支撑及技术支持。主要研究工作包括：1）综采工作面“三机”系统运动学模型的建立。分析了采煤机工作空间及运动规律，完成了采煤机姿态及位置表达，构建了采煤机空间运动学模型。在此基础上，掌握了液压支架推溜、移架规律，通过制定液压支架联动规则，建立了液压支架跟机联动模型。2）封闭空间下采煤机动态定位策略的研究。首先对纯惯性导航系统下采煤机定位展开了研究，确定了采煤机惯性导航系统编排，构建了采煤机惯性导航方程，提出了基于四元数的姿态解算策略，进一步在惯性试验平台上对纯惯性导航下采煤机定位性能进行了测试，揭示了惯性导航系统的优势与不足；在此基础上提出基于INS/UWB的采煤机组合导航策略，综合两个子系统存在的优势，研究了位置组合模式下的INS/UWB耦合机制，并进行了组合定位系统的可行性仿真研究，验证了理论模型的正确性。3）INS/UWB组合导航数据融合策略的研究。掌握了采煤机工况下INS/UWB组合导航系统误差传播特性，对INS与UWB子系统误差分别进行了建模，构建了系统误差方程，在此基础上确定了INS/UWB组合导航系统状态方程与量测方程，研究了基于模糊自适应Kalman滤波技术的INS/UWB组合导航数据融合策略，并进行了INS/UWB组合导航仿真研究；最后通过构建INS/UWB协同定位平台，开展了采煤机定位定姿试验研究，验证了INS/UWB组合导航理论模型的正确性，同时确定了系统精度。4）工作面“三机”集合约束下任务协调机制的研究。分析了采煤机、液压支架和刮板输送机之间的约束关联，进而研究了工作面“三机”工作参数动态匹配技术，在此基础上建立了“三机”协同任务控制模型，并采用动态规划理论进行了模型求解，进一步提出了基于通用部分全局规划的“三机”任务协调策略，并构建了“三机”协同运动仿真平台，开展了工作面“三机”任务协调试验研究，结果表明，通过建立“三机”实时任务视图，能够进行实时任务约束检测，实现“三机”协同工作，同时提高“三机”机组设备效率与总体效能。