【技术实现步骤摘要】
动态复杂矿井环境中辅助运输机器人定位方法及系统
[0001]本专利技术涉及一种定位方法及系统，具体是一种动态复杂矿井环境中辅助运输机器人定位方法及系统，属于井下定位
技术介绍
[0002]随着煤矿设备自动化的发展，辅助运输机器人的精确定位将在未来少人或无人采矿中发挥重要的作用,既可以降低煤矿工人的劳动强度和危险性，同时又提高了生产效率。现有的基于距离的定位方法基本上依赖于环境相对静态的假设，这使得定位可以精确地进行范围定位。然而，金属设备、主运输车辆、障碍物遮挡、环境噪声等因素会对射频在煤矿井下中的传播造成显著影响。在这种情况下，往往会出现测距信息不准确或间歇性测距故障，导致定位性能严重下降。
[0003]现有的相关定位技术主要有基于惯性导航系统的辅助运输机器人自主定位技术，基于机器视觉的辅助运输机器人自主定位技术，基于激光雷达的辅助运输机器人定位技术以及基于超宽带的辅助运输机器人自主定位技术，但上述方法存在以下不足：
[0004](1)基于惯性导航系统的辅助运输机器人自主定位技术，该方法利用惯性测...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种动态复杂矿井环境中辅助运输机器人定位方法，其特征在于，包括以下步骤：1)获取辅助运输机器人与坐标已知的UWB锚点之间的UWB距离信息，以及辅助运输机器人的IMU加速度信息；将UWB距离信息作为UWB量测输入，将IMU加速度信息作为控制输入，执行步骤2)；2)利用扩展卡尔曼滤波融合IMU加速度信息与UWB距离信息，并对UWB量测进行异常值检测，若UWB量测为异常值，则计算自适应因子λ
k
修正新息协方差矩阵，从而通过改进扩展卡尔曼滤波，得到辅助运输机器人的状态估计，进而辅助运输机器人得到位置估计；3)若在采样周期内，辅助运输机器人获取到UWB距离信息，则执行步骤2)；若在当前采样周期内，辅助运输机器人没有获取到UWB距离信息，则认为UWB距离量测丢失，将距离当前时刻最近的新息作为状态约束条件，利用拉格朗日乘数法计算约束后的状态估计，进而获得辅助运输机器人的位置估计；若在多个采样周期内，没有获取到UWB距离信息，则认为辅助运输机器人处于UWB测距盲区，利用自回归模型重构UWB量测，作为新的UWB量测，对缺失的UWB量测数据进行补偿后，执行步骤2)。2.根据权利要求1所述的一种动态复杂矿井环境中辅助运输机器人定位方法，其特征在于，步骤2)具体包括以下步骤：2.1)建立基于扩展卡尔曼滤波的UWB与IMU信息融合的系统运动模型：x
k
＝A
k
x
k
‑1+B
k
‑1u
k
‑1+w
k
‑1ꢀꢀꢀꢀ
(1)其中，其中，其中，u
k
‑1＝[a
x
,0,0,a
y
,0,0,a
z
,0,0]
T
ꢀꢀꢀꢀ
(5)式中，w
k
‑1为系统噪声，服从均值为0，方差为Q
k
‑1的高斯分布，x
k
为系统状态向量，A
k
为系统状态矩阵，B
k
‑1为输入增益矩阵，u
k
‑1为控制输入；位置p＝[p
x
,p
y
,p
z
]
T
，速度v＝[v
x
,v
y
,v
z
]
T
以及加速度偏差a
b
＝[a
bx
,a
by
,a
bz
]
T
，加速度信息a＝[a
x
,a
y
,a
z
]
T
，k为时间序列，T为采样间隔；因此，得到扩展卡尔曼滤波的一步状态预测估计以及一步预测误差协方差矩阵P
k|k
‑1：：
其中，式中，τ
a
为加速度量测噪声，τ
b
为加速度测量偏差；2.2)建立扩展卡尔曼滤波的量测方程：r
k
＝h(x
k
)+v
k
ꢀꢀꢀꢀ
(8)式中，r
k
为UWB量测，v
k
为系统量测噪声，服从均值为0，方差为R
k
的高斯分布，h(
·
)为量测函数；因此，量测矩阵H
k
由公式(9)的一阶泰勒展开定义为：式中，UWB锚点的位置记作p
A
＝[p
Ax
,p
Ay
,p
Az
]
T
，为一步预...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈朋朋，沈刚，张奎元，高守婉，朱真才，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。