无源低成本井下救援机器人自定位装置及定位方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种无源低成本井下救援机器人自定位装置及定位方法，装置包括安装在巷道顶板的定位基站、安装在救援机器人顶部的红外摄像机以及安装在救援机器人内部的边缘计算节点；定位基站内部设有其专属ID，救援机器人内部存储有标有定位基站专属ID的井下环境地图。方法为：采用一个具有专属ID的反射标签排列序列的定位基站，救援机器人通过红外摄像机获取定位基站图像，并对该图像中的专属ID进行检测、识别、纠错、验证每个定位基站的身份即专属ID，以确定救援机器人处于哪个定位基站附近，再通过定位算法计算出救援机器人的准确位置。本发明专利技术能够对井下救援机器人进行实时定位，无需部署供电基础设施，成本低廉、定位精度高。

Self positioning device and positioning method of passive low-cost underground rescue robot

【技术实现步骤摘要】
无源低成本井下救援机器人自定位装置及定位方法
本专利技术涉及一种定位方法及装置，具体是一种无源低成本井下救援机器人自定位装置及定位方法，属于井下智能定位

技术介绍
煤矿复杂的环境往往会引起矿山灾害，矿井事故发生后，救援刻不容缓。由于受到大量有害气体和不可预知的障碍的限制，救援机器人被认为是在地下展开救援的一个很好的选择。在众多的研究课题中，井下机器人的自定位是研究的热点之一。井下定位是一种特殊的室内定位，目前涌现了很多基于无线信号基站(如蓝牙、WiFi、UWB和Zigbee)的室内定位方案，然而，这些方案在井下还存在诸多限制。由于井下环境复杂，无线信号衰减严重，致使定位精度较差。此外，无线信号基站都需要电源供电，这限制了其在井下的应用，一方面，为了保护煤矿生产安全，不允许大规模部署电源。另一方面，一旦发生矿井事故，大部分的供电设备会被破坏，导致定位系统崩溃。因此，部署适用于井下的低成本无源的基站是实现井下定位的关键，一个潜在的选择是基于RFID的系统，其无需电源，但该解决方案存在以下缺点：(1)RFID信号在地下衰减严重，阅读本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无源低成本井下救援机器人自定位装置，其特征在于，包括定位基站，用于拍摄定位基站的红外摄像机以及安装在救援机器人内部的边缘计算节点；定位基站为反射标签，以固定间隔安装在巷道顶板，每个定位基站内部设有其专属ID，红外摄像机集成有红外发射器，安装在救援机器人顶部，红外摄像机采集图像的方向垂直于巷道顶板；救援机器人内部存储有标有定位基站专属ID的井下环境地图。/n

【技术特征摘要】
1.一种无源低成本井下救援机器人自定位装置，其特征在于，包括定位基站，用于拍摄定位基站的红外摄像机以及安装在救援机器人内部的边缘计算节点；定位基站为反射标签，以固定间隔安装在巷道顶板，每个定位基站内部设有其专属ID，红外摄像机集成有红外发射器，安装在救援机器人顶部，红外摄像机采集图像的方向垂直于巷道顶板；救援机器人内部存储有标有定位基站专属ID的井下环境地图。


2.根据权利要求1所述一种无源低成本井下救援机器人自定位装置，其特征在于，固定间隔为2米。


3.一种无源低成本井下救援机器人自定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
a当救援机器人进入矿井后，其顶部集成有红外发射器的红外摄像机发射红外光，安装在巷道顶部具有专属ID的定位基站接触到红外光后反射红外光，红外摄像机根据反射的红外光实时捕捉定位基站的图像并传送至边缘计算节点；
b边缘计算节点通过识别算法从红外摄像机捕获的图像中检测定位基站，并对其进行识别，随后对识别结果进行校验，进而得到当前救援机器人所处附近的定位基站专属ID，根据定位基站专属ID以及救援机器人内部存储的井下环境地图得到该定位基站的位置信息；
c边缘计算节点再通过定位算法根据识别出定位基站的位置信息以及空间几何关系，最终得到救援机器人的位置信息。


4.根据权利要求3所述一种无源低成本井下救援机器人自定位方法，其特征在于，步骤a中定位基站为反射标签，其专属ID构建方法为：将定位基站分解成多个单元，设有反射器的单元为“亮单元”，无反射器的单元为“暗单元”，将亮单元编码为“1”，暗单元编码为“0”，通过改变反射器的排列序列构建具有专属ID的定位基站，具体方法如下：
4.1)将定位基站分解为N′N个单元，四个顶点处的单元标记为特征位，其编码值固定为“1”，用于定位基站区域约束，余下单元被用作识别位；
4.2)通过汉明码对定位基站专属ID进行优化，将识别位进一步分为信息位与校验位，信息位采用二进制码，校验位由汉明码确定，将校验位值插入校验位，形成完整的定位基站专属ID。


5.根据权利要求4所述一种无源低成本井下救援机器人自定位方法，其特征在于，步骤4.2)具体方法如下：
4.2.1)确定所需校验位的位置及个数
确定校验位的位置：校验位的位置为2的整数次方，即位于2n位置；
确定校验位的个数：设信息位、校验位和识别位的个数分别为k、r和s，则根据汉明不等式，有以下关系式：
s＝k+r＜2r-1
4.2.2)计算校验位值
每个校验位负责检查多位信息位，校验位的位置决定了被检查位的序列，对于每个校验位，除其自身外，对其负责的所有被检查位执行异或操作，执行结果为校验位值即校验码；被检查位的序列的确定方法如下：
①从第i个校验位的当前位开始，连续校验2i-1位，再跳过2i-1位；
②重复步骤①直至信息位的最后一位；
4.2.3)校验位值确定后，将校验位值即校验码插入步骤4.2.1)确定的校验位的位置，形成完整的定位基站专属ID。


6.根据权利要求3所述一种无源低成本井下救援机器人自定位方法，其特征在于，步骤b中的定位基站的识别算...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐晓，于筱洁，杨旭，张凯文，鲍衷旭，牛强，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32