一种工业物联网增强定位下自主移动机群协同控制系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种工业物联网增强定位下自主移动机群协同控制系统，包括控制中心；第一无线收发模块，与控制中心连接；第二无线收发模块，设置于自主移动机上并与第一无线收发模块通信连接；无线传感节点，设置于室内工作环境中并与控制中心连接，基于多个无线传感节点构成无线传感器网络，惯性传感器，设置于自主移动机上并与第二无线收发模块连接，视觉图像传感器，设置于自主移动机上并与第二无线收发模块连接，伺服控制器，设置于自主移动机上并与第二无线收发模块连接。本实用新型专利技术具有定位精确，能够实时控制机群等特点。

An autonomous mobile cluster cooperative control system based on enhanced location in industrial Internet of things

The utility model discloses a cooperative control system for autonomous mobile cluster under enhanced positioning of the industrial Internet of Things, including a control center; the first wireless transceiver module, which is connected with the control center; the second wireless transceiver module, which is set on the autonomous mobile machine and communicates with the first wireless transceiver module; and the wireless sensor node, which is set up. In the indoor working environment and connected with the control center, a wireless sensor network is formed based on multiple wireless sensor nodes. The inertial sensor is set on the autonomous mobile machine and connected with the second wireless transceiver module. The visual image sensor is set on the autonomous mobile machine and connected with the second wireless transceiver module. Servo control The device is arranged on the autonomous mobile device and is connected with the second wireless transceiver module. The utility model has the advantages of accurate positioning and real-time control of the cluster.

【技术实现步骤摘要】
一种工业物联网增强定位下自主移动机群协同控制系统
本技术涉及一种工业物联网增强定位下自主移动机群协同控制系统。
技术介绍
随着机器人技术、计算机技术以及先进控制技术向制造领域的渗透，越来越多的工厂进行机器人智能化的改造，形成以自主移动机群代替部分人力密集型工作的阶段。工厂生产车间作业过程复杂多变，包括存在多种型号的零部件和执行机构、包含固液多态的生产物料以及工人、零件、工具、物料到产品的多种生产要素，同时对于制造工厂存在多种技术或者多种设备作业装配的智能化改造。因此为了实现工厂的智能制造，如何在大规模工业传感网感知下进行自主移动机群网络构建、实时定位以及协同控制成为了一个重要的问题。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种工业物联网增强定位下自主移动机群协同控制系统，以实现在大规模工业传感网感知下进行自主移动机群的网络构建、实时定位以及协同控制。实现本技术目的的技术方案是：一种工业物联网增强定位下自主移动机群协同控制系统，包括控制中心；第一无线收发模块，与控制中心连接；第二无线收发模块，设置于自主移动机上并与第一无线收发模块通信连接；无线传感节点，设置于室内工作环境中并与控制中心连接，基于多个无线传感节点构成无线传感器网络，用于判断自主移动机在室内工作环境中的实时位置；惯性传感器，设置于自主移动机上并与第二无线收发模块连接，并用于自主移动机在工作环境的连续位姿检测；视觉图像传感器，设置于自主移动机上并与第二无线收发模块连接，并用于自主移动机在工作环境对三维构建与预先构建地图库的匹配识别；伺服控制器，设置于自主移动机上并与第二无线收发模块连接，并用于提供自主移动机行走的控制信号。进一步地，所述无线传感节点包括无线编码产生电路和无线解码产生电路。进一步地，所述惯性传感器包括三轴线加速度模块和三轴角加速度模块，所述三轴线加速度模块和三轴角加速度模块均与第二无线收发模块连接。进一步地，所述视觉图像传感器包括CCD摄像机模块和图像采集卡模块，所述CCD摄像机模块、图像采集卡模块和第二无线收发模块依次连接。进一步地，还包括北斗定位接收器，设置于自主移动机上并与第二无线收发模块连接，并用于发送自主移动机在室外工作环境中的实时位置。进一步地，所述北斗定位接收器包括有源天线模块和去噪转换模块，所述有源天线模块、去噪转换模块和第二无线收发模块依次连接。一种工业物联网增强定位下自主移动机群协同控制方法，包括以下步骤，S1：通过视觉图像传感器对工作环境进行图像采集，在对采集图像进行分割基础上得到图像边界轮廓点的顺序编码，提取图像中特征角点的边缘，通过三维坐标计算对特征点进行三维构建，得到非几何结构在定位空间的坐标；S2：通过无线传感节点间的无线信号测试集建立信号指纹库，建立不同环境不同距离下无线信号补偿系数来增强无线测距性能，采用三轴线加速度模块和三轴角加速度模块跟无线收发模块相结合来对自主移动机群位置进行航迹推算，避免含噪无线信号对自主移动机群位置输出引入较大的定位误差；S3：通过无线传感节点、惯性传感器和北斗定位接收器解算出自主移动机群的精确位置和姿态；S4：基于S3中的位置和姿态参数，再结合控制中心内的模糊控制参数整定的增量式PID算法得到自主移动机群的实时运动轨迹。进一步地，所述模糊控制参数整定的增量式PID的控制方法包括以下步骤，第一步：结合自主移动机群的定位场景，设定移动机群初始位置和姿态参数ini(t)；第二步：输入当前移动机群实时位置和姿态的采样值samp(t)；第三步：通过基于移动机群设定轨迹值rv(t)，通过公式e(t)＝rv(t)-samp(t)计算出移动机群实时运动位置和姿态偏差值e(t)；第四步：通过基于模糊控制参数整定u(t)＝f(e(t))计算出移动机群位置和姿态的控制量，并通过存储器保存当前数值；第五步：判断第四步中保存的数值与第一步中设定的初始参数是否一致，若一致，则移动机群可以移动，若不一致，则移动机群不移动。采用了上述技术方案，本技术具有以下的有益效果：构建了基于无线传感节点、惯性传感器、视觉图像传感器以及北斗定位接收器组成的工业物联网，对自主移动机群实时位姿进行检测，在此基础上设计了自主移动机群轨迹增量式PID控制策略。在工厂内封闭环境，采用含有三轴线加速度计和三轴角加速度的惯性传感器可以准确输出自主移动机群的位置和姿态信息，可以在定位区域通过无线节点自组网的方式构建无线传感器网络，来对定位区域内自主移动机群进行分布式定位；同时在工厂外开阔环境，可以采用北斗定位系统来对自主移动机群进行经纬度和高度检测，同时可以用惯性传感器进行自主移动机群位姿的实时检测，弥补自主移动机群在运动过程中单纯采用北斗定位系统所带来的较大的定位误差。本技术将多种传感器用于自主移动机群的定位，满足了在封闭环境和开阔环境的定位需求，克服了单一定位方法在局部定位区域效果不佳的缺陷，具有在整个定位区域精度高、实时性好、稳定性强等优点，具有很好的市场前景和应用价值。附图说明为了使本技术的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本技术作进一步详细的说明，其中图1为本技术的结构示意图；图2为本技术的控制流程图；图3为本技术的中模糊控制参数整定的增量式PID的控制流程图；附图中，1为无线传感节点，11为无线编码产生电路，12为无线编码接收电路，2为惯性传感器，21为三轴线加速度模块，22为三轴角加速度模块，3为视觉图像传感器，31为CCD摄像机，32为图像采集卡，4为北斗定位接收器，41为有源天线，42为去噪转换电路，5为伺服控制器，6为电池单元，7为存储模块，8为通讯接口，9为I/O接口，10为控制中心，13为第一无线收发模块，14为第二无线收发模块。具体实施方式见图1至图3，一种工业物联网增强定位下自主移动机群协同控制系统，其中，自主移动机群是由多个自主移动机构成的，该控制系统包括控制中心10、第一无线收发模块13、第二无线收发模块14、伺服控制器5、无线传感节点1、惯性传感器2、视觉图像传感器3以及北斗定位接收器4。无线传感节点1用于自主移动机群在封闭定位区域的无累积位置输出，而惯性传感器2用于自主移动机群在封闭环境和开阔环境的连续位姿检测，视觉图像传感器3用于自主移动机群在封闭环境和开阔环境对三维构建与预先构建地图库的匹配识别，北斗定位接收器4用于自主移动机群在开阔环境的分布式位置输出，伺服控制器用于提供自主移动机行走的控制信号。第一无线收发模块13与控制中心10连接，第二无线收发模块14设置于自主移动机群的机身上并与第一无线收发模块13通信连接；无线传感节点1、惯性传感器2、视觉图像传感器3以及北斗定位接收器4，构成用于自主移动机群定位的工业物联网，惯性传感器2、视觉图像传感器3以及北斗定位接收器4和伺服控制器5均与第二无线收发模块相连，所述无线传感节点1基于传感网络通信性能在封闭式工作环境进行部署，并与控制中心10连接；所述惯性传感器2、视觉图像传感器3、北斗定位接收器4和伺服控制器5被安装在自主移动机群机身。其中，无线传感节点1、惯性传感器2和视觉图像传感器3主要用于封闭式工作环境自主移动机群的定位，例如室内、工厂内等，而惯性传感器2、视觉图像传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种工业物联网增强定位下自主移动机群协同控制系统，其特征在于：包括，控制中心(10)；第一无线收发模块(13)，与控制中心(10)连接；第二无线收发模块(14)，设置于自主移动机上并与第一无线收发模块(13)通信连接；无线传感节点(1)，设置于室内工作环境中并与控制中心(10)连接，基于多个无线传感节点(1)构成无线传感器网络，用于判断自主移动机在室内工作环境中的实时位置；惯性传感器(2)，设置于自主移动机上并与第二无线收发模块(14)连接，并用于自主移动机在工作环境的连续位姿检测；视觉图像传感器(3)，设置于自主移动机上并与第二无线收发模块(14)连接，并用于自主移动机在工作环境对三维构建与预先构建地图库的匹配识别；伺服控制器(5)，设置于自主移动机上并与第二无线收发模块(14)连接，并用于提供自主移动机行走的控制信号。

【技术特征摘要】
1.一种工业物联网增强定位下自主移动机群协同控制系统，其特征在于：包括，控制中心(10)；第一无线收发模块(13)，与控制中心(10)连接；第二无线收发模块(14)，设置于自主移动机上并与第一无线收发模块(13)通信连接；无线传感节点(1)，设置于室内工作环境中并与控制中心(10)连接，基于多个无线传感节点(1)构成无线传感器网络，用于判断自主移动机在室内工作环境中的实时位置；惯性传感器(2)，设置于自主移动机上并与第二无线收发模块(14)连接，并用于自主移动机在工作环境的连续位姿检测；视觉图像传感器(3)，设置于自主移动机上并与第二无线收发模块(14)连接，并用于自主移动机在工作环境对三维构建与预先构建地图库的匹配识别；伺服控制器(5)，设置于自主移动机上并与第二无线收发模块(14)连接，并用于提供自主移动机行走的控制信号。2.根据权利要求1所述的一种工业物联网增强定位下自主移动机群协同控制系统，其特征在于：所述无线传感节点(1)包括无线编码产生电路(11)和无线解码产生电路(12)。3.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：辛改芳，朱俊，唐静，裴志坚，史新民，
申请(专利权)人：常州信息职业技术学院，
类型：新型
国别省市：江苏,32