一种无线多媒体传感网融合的作业机器人定位跟踪系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种无线多媒体传感网融合的作业机器人定位跟踪系统及方法，包括热成像监测装置、自动旋转底座、温度传感器、汇聚节点、高度传感器、无线网关节点和数据处理单元，汇聚节点传输温度传感器的数据和高度传感器实时检测机器人的高度值到无线网关节点，热成像单元获得作业机器人电控箱的温度全息图，无线网关节点将温度参数、高度参数、热成像监测装置的基准坐标值、自动旋转底座的水平和垂直角度，结合从温度全息图提取出来的热点区域的形态特征传输给数据处理单元，对多组传感器数据融合求精得到作业机器人的三维坐标，能够用于厂房或仓库等环境下作业机器人的实时动态跟踪定位。本发明专利技术实用性强、安全可靠，安装和操作方便。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种作业机器人定位方法，具体涉及一种无线多媒体传感网融合的作业机器人定位跟踪系统及方法。
技术介绍
随着计算机技术、传感网络技术以及人工智能的飞速发展，使得机器人被广泛地应用在工业监测以及自动控制领域，如在航天航空、医疗辅助、智能家居以及危险探测等均需要作业机器人完成特定的任务。因此，作业机器人在执行任务时首先要感知自身所处的位置以及与其他执行器和周围障碍物之间的相对位置，甚至在多机器人协作时机器人自主定位技术作为关键技术，能够为作业机器人按照设定的功能需求以最佳路线移动到对应位置提供技术支持。当前，研究人员主要采用里程计定位、视觉定位、激光定位、捷联惯导以及无线传感网等对作业机器人进行定位跟踪。作业机器人里程计定位通过安装在轮子上的旋转编码器来测量机器人的旋转圈数，计算得到作业机器人的运行距离，但是路径弯曲、轮子打滑以及长航时运行容易产生累计误差而影响定位性能；作业机器人视觉定位主要基于单目或者多目视觉获得连续图像序列，通过图像匹配、特征提取到位置估计完成作业机器人视觉定位，但是光照不均、图像变形以及高速移动等给视觉定位解算带来误差；作业机器人激光定位主要测量发射器的激光与机器人表面反射激光之间的时间差来得到距离，激光定位在具有良好方向性和单色性的基础上易受障碍物遮蔽而失效；作业机器人惯性导航法主要基于运动目标的惯性，通过三轴加速度和三轴陀螺仪得到机器人的姿态、速度以及位置等惯性参量，能够实现动态同步位置和姿态输出，但是在长航时下存在累计误差；作业机器人无线传感网定位主要采用部署在空间的无线节点间的信号强度指示、到达时间、到达时间差以及到达角度，通过定位算法实现作业机器人在监测空间内分布式定位，但是无线信号易受到环境噪声的干扰而在局部区域内出现错误定位。综上所述，作业机器人的定位方法定位不精确，存在定位盲区或者累积误差等缺点，不能满足复杂环境下作业机器人的定位要求。因此，大多数作业机器人不止采用一种传感器，可以进行不同传感器的组合来进行作业机器人定位。单一定位系统集合多传感器数据，必然大于任何一类单传感器信息的简单叠加。
技术实现思路
为了解决现有技术中作业机器人定位方法中存在的定位误差大及无法满足复杂环境的要求等问题，本专利技术提出一种无线多媒体传感网融合的作业机器人定位跟踪系统及方法。实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术通过以下技术方案实现：一种无线多媒体传感网融合的作业机器人定位跟踪系统，包括多组热成像监测装置、多个温度传感器、高度传感器、汇聚节点和数据处理单元，所述多个热成像监测装置均包括热成像单元、与热成像单元相连的自动旋转底座、无线网关节点；所述多个温度传感器和高度传感器的输出端均与汇聚节点的输入端相连；所述无线网关节点的输入端与汇聚节点相连，其数据传输端与热成像单元相连，其输出端分别与自动旋转底座和数据处理单元相连；所述多组热成像监测装置均部署在定位区域内，所述多个温度传感器均部署在作业机器人上的电控箱周围，所述高度传感器安装在作业机器人机身。所述高度传感器用于实时监测作业机器人高度，汇聚节点获得高度传感器输出的作业机器人高度值并传输给各无线网关节点，各无线网关节点对接收到的高度值进行牛顿迭代坐标变换，并将经过牛顿迭代坐标变换的高度值、热成像监测装置的基准坐标值、自动旋转底座的水平和垂直角度传输给数据处理单元。所述汇聚节点获得各温度传感器输出的电控箱特征点的温度敏感因子，并将它们传输到无线网关节点；所述各个热成像单元用于得到作业机器人电控箱的温度全息图；所述无线网关节点接收电控箱的温度全息图、各温度传感器的输出的电控箱特征点的温度敏感因子，并根据接收到的温度敏感因子自适应确定温度全息图中热点区域的边界温度，对温度全息图进行图像分割确定热点区域，提取热点区域的形态特征，最后将热点区域的形态特征传输给数据处理单元。所述数据处理单元根据接收到的数据分别对单组热成像监测装置下作业机器人的位置进行解算，同时对机器人实时位置进行存储建立机器人位置数据库，最后以空间地理几何跨度为约束函数进行多组位置融合求精，得到作业机器人的实际位置。一种无线多媒体传感网融合的作业机器人定位跟踪方法，包括以下步骤：步骤一：汇聚节点获得安装在作业机器人身上的电控箱周围的多个电控箱特性点的温度敏感因子；同时获得作业机器人的高度值；步骤二：汇聚节点向各无线网关节点广播电控箱特性点的温度敏感因子和作业机器人的高度值；步骤三：以作业机器人的电控箱作为观测对象，各无线网关节点控制自动旋转底座，实时利用自动旋转底座去调整各个热成像单元水平和垂直角度，对作业机器人电控箱进行实时跟踪；各无线网关节点对接收到的高度传感器输出的作业机器人的高度值进行牛顿迭代坐标变换，并将经过牛顿迭代坐标变换的高度值、热成像监测装置的基准坐标值、自动旋转底座的水平和垂直角度传输给数据处理单元；步骤四：各热成像单元得到作业机器人电控箱的温度全息图，并传输给各无线网关节点；各无线网关节点根据接收到的电控箱特征点的温度敏感因子和温度全息图，自适应确定温度全息图中热点区域的边界温度，对温度全息图进行图像分割确定热点区域，提取热点区域的形态特征，最后将热点区域的形态特征传输给数据处理单元；步骤五：利用数据处理单元根据接收到的数据对单组热成像监测装置下作业机器人的位置进行解算，同时对机器人实时位置进行存储建立机器人位置数据库，最后以空间地理几何跨度为约束函数进行多组位置融合求精，得到作业机器人的实际位置。所述多个电控箱特性点的温度敏感因子分别由均部署在电控箱周围的多个温度传感器采集得到；所述作业机器人的高度由安装在作业机器人机身上的高度传感器采集得到；所述汇聚节点安装在作业机器人机身。所述热成像监测装置为多组热成像监测装置，分别包括热成像单元、与热成像单元相连的自动旋转底座、无线网关节点，且多组热成像监测装置均部署在定位区域内。本专利技术的有益效果：本专利技术将热成像技术与无线多媒体传感网协作技术相结合，能够用于作业机器人位置的监测；本专利技术的方法实用，安全可靠，安装和操作方便。本专利技术首先采用热成像单元对作业机器人中的电控箱进行监测，能直观地显示作业机器人中电控箱表面的温度场，具有不受光照、电磁干扰以及环境适应性强的特点；同时，将温度传感器安装在作业机器人中电控箱的四周，能够克服热成像单元视场角较窄以及作业机器人机身较大无法获取完整温度图像的问题；其次，温度传感器和高度传感器感知的参数通过汇聚节点传递给无线网关节点，无线网关节点自适应设置温度图像中热点区域的边界温度；最后，基于作业机器人在几何定位空间存在的多维约束来提高作业机器人位置解算精度。本专利技术无需考虑无线射频信号衰减指数大小和无线通道模型，环境适应性强，不受电磁波、光照等的影响，以温度图像信息进行数据解算得到定位信息，具有稳定的精度。附图说明图1是本专利技术的多媒体传感网融合下作业机器人定位跟踪整体原理框图。图2是本专利技术的多媒体传感网融合下作业机器人定位装置系统示意图。图3是本专利技术的多媒体传感网融合下作业机器人定位解算方法原理图具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线多媒体传感网融合的作业机器人定位跟踪系统，其特征在于：包括多组热成像监测装置、多个温度传感器、高度传感器、汇聚节点和数据处理单元，所述多个热成像监测装置均包括热成像单元、与热成像单元相连的自动旋转底座、无线网关节点；所述多个温度传感器和高度传感器的输出端均与汇聚节点的输入端相连；所述无线网关节点的输入端与汇聚节点相连，其数据传输端与热成像单元相连，其输出端分别与自动旋转底座和数据处理单元相连；所述多组热成像监测装置均部署在定位区域内，所述多个温度传感器均部署在作业机器人上的电控箱周围，所述高度传感器安装在作业机器人机身。

【技术特征摘要】
1.一种无线多媒体传感网融合的作业机器人定位跟踪系统，其特征在于：包括多组热成像监测装置、多个温度传感器、高度传感器、汇聚节点和数据处理单元，所述多个热成像监测装置均包括热成像单元、与热成像单元相连的自动旋转底座、无线网关节点；所述多个温度传感器和高度传感器的输出端均与汇聚节点的输入端相连；所述无线网关节点的输入端与汇聚节点相连，其数据传输端与热成像单元相连，其输出端分别与自动旋转底座和数据处理单元相连；所述多组热成像监测装置均部署在定位区域内，所述多个温度传感器均部署在作业机器人上的电控箱周围，所述高度传感器安装在作业机器人机身。2.根据权利要求1所述的一种无线多媒体传感网融合的作业机器人定位跟踪系统，其特征在于：所述高度传感器用于实时监测作业机器人的高度，汇聚节点获得高度传感器输出的作业机器人高度值并传输给各无线网关节点，各无线网关节点对接收到的高度值进行牛顿迭代坐标变换，并将经过牛顿迭代坐标变换的高度值、热成像监测装置的基准坐标值、自动旋转底座的水平和垂直角度传输给数据处理单元。3.根据权利要求2所述的一种无线多媒体传感网融合的作业机器人定位跟踪系统，其特征在于：所述汇聚节点获得各温度传感器输出的电控箱特征点的温度敏感因子，并将它们传输到无线网关节点；所述各个热成像单元用于得到作业机器人电控箱的温度全息图；所述无线网关节点接收电控箱的温度全息图、各温度传感器的输出的电控箱特征点的温度敏感因子，并根据接收到的温度敏感因子自适应确定温度全息图中热点区域的边界温度，对温度全息图进行图像分割确定热点区域，提取热点区域的形态特征，最后将热点区域的形态特征传输给数据处理单元。4.根据权利要求3所述的一种无线多媒体传感网融合的作业机器人定位跟踪系统，其特征在于：所述数据处理单元根据接收到的数据分别对单组热成像监测装置下作业机器人的位置进行解算，同时对机器人实时位置进行存储建立机器人位置数据库，最后以空间地理几何跨度为约束函数进行多组位置融合求精，得...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗成名，范新南，张学武，倪建军，
申请(专利权)人：河海大学常州校区，
类型：发明
国别省市：江苏;32