【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于煤矿智能化，具体涉及一种基于4d-gis和无源信标协同的煤矿移动机器人导航方法。
技术介绍
1、随着煤矿装备智能化、机器人化关键技术的提升，煤矿移动机器人自主运行成为急需解决的问题，然而，自主运行的重要前提是煤矿移动机器人精确导航。目前，采煤机、掘进机、巡检、运输等移动机器人靠自身传感器构建的导航系统受空间、环境等因素的影响，难以实现快速精确可靠的导航规划以及机器人之间的协同导航。
2、因此，亟需提出一种高精度的煤矿移动机器人导航方法。
技术实现思路
1、为解决现有煤矿移动机器人靠自身传感器构建的导航系统受空间、环境等因素的影响，难以实现快速精确可靠的导航规划以及机器人之间的协同导航的问题，本专利技术针对煤矿移动机器人在巷道、掘进工作面、综采工作面及固定设备场所等不同煤矿井下场景下的精确导航问题，提出利用煤矿井下高精度动态四维地理信息系统(4d-gis)和无源导航信标协同的煤矿移动机器人精确导航方法，为有效制定煤矿移动机器人自身及机器人之间的导航路径，提高机器人作业效率提供依据，同时，优化了有源信标的供电、通信等局限问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种基于4d-gis和无源信标协同的煤矿移动机器人导航方法，包括如下步骤：
4、步骤一：构建动态四维地理信息4d-gis；
5、步骤二：构建具有局部矿井信息的无源导航信标装置；
6、所述无源导航信标装置包括图像信标、云端信
7、所述图像信标用于识别地理信息标签，从而定位到存放巷道历史数据信息的云端数据库位置；
8、所述云端信标信息数据库用于存放并更新巷道历史数据信息的在线存储单元；
9、所述机载视觉采集系统由煤矿机器人携带，在运行过程中获取巷道无源导航信标图像特征；
10、步骤三：利用步骤一构建的所述4d-gis和步骤二所述的无源导航信标装置，构建煤矿移动机器人运行轨迹；
11、步骤四：利用准确的无源导航信标装置存放的巷道位置信息，对煤矿移动机器人在4d-gis中的位置进行校正；同时，根据无源导航信标装置中云端信标信息数据库存储信息，对煤矿移动机器人的连续作业轨迹进行规划与修正，实现煤矿移动机器人根据自身作业特征进行实时导航。
12、本专利技术的进一步技术方案是：所述步骤一中构建动态4d-gis的过程为：基于煤矿巷道设计数据、地质勘探数据及井下巷道探测数据，利用数字孪生技术，构建煤矿井下巷道数字gis，结合定时采集的巷道数据、掘进巷道实时采集数据，构建高精度动态4d-gis。
13、本专利技术的进一步技术方案是：所述巷道历史数据信息包括放巷道位置、巷道气体环境数据、巷道围岩特征数据、巷道作业工艺；
14、所述巷道位置信息解析为当前机器人所在巷道的绝对位置；
15、所述巷道气体环境数据信息解析为当前巷道位置环境中的气体种类及其浓度数据；
16、所述巷道围岩特征数据解析为当前巷道围岩尺寸、地质数据相关特征参数；
17、所述巷道作业工艺信息解析为掘进工作面作业、综采工作面作业相关工艺参数。
18、本专利技术的进一步技术方案是：所述图像信标包括解析图形，用于解析出当前煤矿移动机器人所在巷道的绝对位置信息。
19、本专利技术的进一步技术方案是：所述解析图形包括数字图形和/或二维码。
20、本专利技术的进一步技术方案是：所述步骤三中构建煤矿移动机器人运行轨迹过程为：煤矿移动机器人携带机载视觉采集系统在巷道中移动，通过机载视觉采集系统捕捉当前巷道中无源导航信标装置图形特征，从而读取云端信标信息数据库中的巷道位置、巷道气体环境数据、巷道围岩特征数据、巷道作业工艺信息，结合高精度动态四维地理信息4d-gis系统，构建煤矿移动机器人运行轨迹。
21、本专利技术的进一步技术方案是：所述步骤三中构建煤矿移动机器人运行轨迹后，并将运行轨迹实时显示在4d-gis中。
22、本专利技术提供另一种技术方案：
23、一种实现上述煤矿移动机器人导航方法的系统。
24、本专利技术与现有技术相比具有的优点：
25、1.本专利技术提供的一种基于4d-gis和无源信标协同的煤矿移动机器人导航方法及系统，通过建立煤矿井下4d-gis与无源信标协同工作，根据不同煤矿井下场景的煤矿移动机器人导航任务需求，结合无源导航信标信息，实时动态优化机器人路径规划决策，确定机器人、机器人与机器人之间的导航策略，能够极大提高煤矿井下移动机器人的部署效率，实时为煤矿移动机器人提供准确的导航信息，提升煤矿移动机器人在复杂环境下的精确移动与作业可靠性。
26、2.本专利技术提供的一种基于4d-gis和无源信标协同的煤矿移动机器人导航方法及系统，相比于有源信标装置需外设电源、信息存储有限且设计复杂，具有应用范围广、信息存储量大以及成本低且不存在累积误差。
27、附图说明
28、为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对本专利技术保护范围的限定。
29、图1为本专利技术一种基于4d-gis和无源信标协同的煤矿移动机器人导航方法示意图。
30、图2为本专利技术一种基于4d-gis和无源信标协同的煤矿移动机器人导航系统模块图。
31、图3为本专利技术移动机器人工作场景无源导航信标布置示意图。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.基于4D-GIS和无源信标协同的煤矿移动机器人导航方法，其特征在于：包括如下方法步骤：
2.根据权利要求1所述的煤矿移动机器人导航方法，其特征在于：所述步骤1中构建动态4D-GIS的过程为：基于煤矿巷道设计数据、地质勘探数据及井下巷道探测数据，利用数字孪生技术，构建煤矿井下巷道数字GIS，结合定时采集的巷道数据、掘进巷道实时采集数据，构建高精度动态4D-GIS。
3.根据权利要求1所述的煤矿移动机器人导航方法，其特征在于：所述巷道历史数据信息包括放巷道位置、巷道气体环境数据、巷道围岩特征数据、巷道作业工艺；所述巷道位置信息解析为当前机器人所在巷道的绝对位置；
4.根据权利要求1所述的煤矿移动机器人导航方法，其特征在于：所述图像信标包括解析图形，用于解析出当前煤矿移动机器人所在巷道的绝对位置信息。
5.根据权利要求4所述的煤矿移动机器人导航方法，其特征在于：所述解析图形包括数字图形和/或二维码。
6.根据权利要求1所述的煤矿移动机器人导航方法，其特征在于：所述步骤3中构建煤矿移动机器人运行轨迹过程为：煤矿移动机器人携带
7.根据权利要求1所述的煤矿移动机器人导航方法，其特征在于：所述步骤3中构建煤矿移动机器人运行轨迹后，并将运行轨迹实时显示在4D-GIS中。
8.一种实现权利要求1-7任一项所述煤矿移动机器人导航方法的系统。
...【技术特征摘要】
1.基于4d-gis和无源信标协同的煤矿移动机器人导航方法，其特征在于：包括如下方法步骤：
2.根据权利要求1所述的煤矿移动机器人导航方法，其特征在于：所述步骤1中构建动态4d-gis的过程为：基于煤矿巷道设计数据、地质勘探数据及井下巷道探测数据，利用数字孪生技术，构建煤矿井下巷道数字gis，结合定时采集的巷道数据、掘进巷道实时采集数据，构建高精度动态4d-gis。
3.根据权利要求1所述的煤矿移动机器人导航方法，其特征在于：所述巷道历史数据信息包括放巷道位置、巷道气体环境数据、巷道围岩特征数据、巷道作业工艺；所述巷道位置信息解析为当前机器人所在巷道的绝对位置；
4.根据权利要求1所述的煤矿移动机器人导航方法，其特征在于：所述图像信标包括解析图形，用于解析出当前煤矿移动机器人所在巷道的绝对位置信息...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱磊，马宏伟，王星，蔺小虎，张光磊，薛旭升，田明，胡涛，杨成，周文剑，赵英杰，苏浩，
申请(专利权)人：中煤能源研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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