【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与定位信标辅助的煤矿移动机器人定位方法。
技术介绍
1、随着煤矿移动机器人自主运行需求的不断提升，应用场景的不断扩大，应用数量的不断增加，其自主导航与精确定位问题亟待解决。目前，采煤、掘进、巡检、运输等煤矿移动机器人靠自身传感器构建的定位系统，主要面向煤矿移动机器人的避障、越障、标定位置等局部路径规划用，难以为精确可靠的全局与局部导航规划提供重要依据。
2、因此，亟需提出一种高精度的煤矿移动机器人定位方法。
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定位系统定位精度差以及不可靠的问题，本专利技术针对煤矿巷道、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的煤矿移动机器人精确定位问题，提出利用煤矿井下高精度动态四维地理信息系统(4d-gis)和定位信标辅助协同的煤矿移动机器人精确定位方法，有效解决了巡检、掘进、采煤、辅助运输等煤矿移动机器人精确定位问题，提高机器人作业效率。本专利技术提供的面向煤矿移动机器人精确定位方法，能够极大提高煤矿井下移动机器人的定位效率与精度，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，为煤矿移动机器人精确导航与机器人群协同作业提供可靠依据。
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与定位信标辅助的煤矿移动机器人定位方法，包括如下步骤：
4、步骤一：获取煤矿巷道设计数据、地质勘探数据及井下
5、通过获取煤矿巷道设计数据、地质勘探数据和井下巷道探测数据构建煤矿井下巷道数字gis系统，在此基础上构建全局地图，通过使用惯性导航、全站仪、激光雷达、里程计等一个或多个定位仪器进行融合对煤矿巷道智能移动机器人的位姿进行实时测量，对机器人的全局地理信息进行全局实时定位，将全局定位信息回传给4d-gis地理信息系统进行更新修正4d-gis地理信息系统系统数据，对根据实时获取的定位信息和4d-gis全局地理信息进行机器人导航全局路径规划，机器人自身携带的传感器对环境实时进行检测，当遇到障碍物时，进行局部轨迹规划实现局部避障，对轨迹进行纠偏从而到达目标点；将机器人进行路径检测到的信息用来更新修正4d-gis地理信息系统系统数据，从而实现煤矿巷道智能移动机器人全局精确定位与导航；
6、步骤二：构建具有矿井位置信息的矿井定位信标装置；
7、步骤三：利用步骤一构建的所述4d-gis和步骤二所述矿井定位信标装置，解析煤矿移动机器人定位信息；
8、步骤四：根据矿井定位信标装置中当前信标的特征信息确定煤矿移动机器人在4d-gis中所标定的位置，利用准确的信标位置对煤矿移动机器人在当前4d-gis中的位置进行修正，实现煤矿移动机器人实时精确定位；
9、当前信标指煤矿移动机器人所处环境捕捉到的或者正在通讯的信标，通过特征信息解算到位置定位信息；该信标一旦布局将不再移动，为绝对位置，因此，机器人得到的位置信息为绝对位置信息，以此确保机器人位置精度；
10、其中，煤矿巷道信标定位分为有源信标和无源信标，该信标包含着煤矿巷道内的绝对地理信息，在掘进、综采、运输等不同场合下，移动机器人需要利用视觉、图像、激光、无线射频、uwb基站等技术对信标利用解析模型进行识别处理，提取信标内的绝对地理信息；由于煤矿井下移动机器人的环境限制，该信标设计就是为了解决矿井下复杂环境下的精确导航问题；掘进场合时，掘进巷道随掘随成的特点，导致信标只能放置于形成的巷道处，通过有线或者无线通讯方式为动态位置更新的移动机器人提供定位信息；采煤场合时，通过将信标沿推进方向的截深等距布置在端头两侧煤柱上，为采煤机器人端头定位和工作面定位提供精确的定位信息，每个工作面的定位信标只能用作与对应的工作面定位，改场景下定位信标具有唯一性和不可重复利用的特点，采用时需要考虑其经济性；运输场合时，移动机器人需要根据定位信标导航到指定位置进行运输、装卸，运输场合以固定轨道式移动机器人为主，信标布置随任务点的数量和位置沿固定轨道进行布置；
11、在综采场景下，采用标靶有源信标，该信标布置在两端煤柱上，按每次推进截距进行布置，通过激光对标靶进行测距，利用标靶的绝对位置和测得的距离信息，计算出机器人当前所在绝对位置信息；在掘进场景下，采用基于rssi(接收信号强度)的有源信标定位方式，该信标布置煤矿巷道两侧，按信号的最强强度距离为一个布置点，利用三点定位方法，与信标的绝对位置通过计算可以得到机器人当前所在的绝对信息；在运输等其他场景下，采用视觉标靶有源信标，该信标布置在煤矿巷道关键特征点处和机器人工作任务点等地方；机器人通过提取视觉标靶的绝对位置信息，利用机器人自身携带的传感器获取机器人在煤矿巷道内的绝对位置信息，纠正机器人导航路径，到达指定工作任务点进行作业。
12、本专利技术的进一步技术方案是：所述步骤二中的定位信标装置分为有源信标装置和无源信标装置两种。
13、本专利技术的进一步技术方案是：所述有源信标装置实现煤矿移动机器人所在巷道的绝对位置解析，其包括局部矿井定位信息储存单元、无线数据收发单元、信息交互单元、电源模块；局部矿井定位信息存储单元、图像信标中存放巷道位置信息；无线数据收发单元作为数据接收与发送的定位信息通信单元；信息交互单元为无线射频单元，实现与移动机器人接收机的通信协议握手；电源模块为有源导航信标装置提供动力源。
14、本专利技术的进一步技术方案是：所述无源信标装置包括无源定位信标图像信息单元和机载视觉采集系统。
15、本专利技术的进一步技术方案是：所述无源信标装置包括图像信标和机载视觉采集系统。
16、本专利技术的进一步技术方案是：所述无源定位信标图像信息单元包括解析图形，所述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。
17、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。
18、本专利技术的进一步技术方案是：所述步骤三中解析煤矿移动机器人定位信息后，并将解析后的定位信息实时显示在4d-gis中；同时，煤矿移动机器人根据自身作业特征，通过定位信标装置获取与自身作业特征相关的位置信标存储的特征信息。
19、本专利技术提供另一种技术方案：
20、一种实现上述煤矿移动机器人定位方法的系统。
21、本专利技术与现有技术相比具有的优点：
22、1.本专利技术提供的一种基于4d-gis与定位信标辅助的煤矿移动机器人定位方法及系统，通过建立煤矿井下4d-gis地理信息系统与定位信标系统协同工作，能够极大提高煤矿井下移动机器人的定位效率与精度，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，为煤矿移动机器人精确导航与机器人群协同作业提供可靠依据。
23、2.本专利技术提供的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于4D-GIS与定位信标辅助的煤矿移动机器人定位方法，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于4D-GIS与定位信标辅助的煤矿移动机器人定位方法，其特征在于：所述有源信标装置实现煤矿移动机器人所在巷道的绝对位置解析，其包括局部矿井定位信息储存单元、无线数据收发单元、信息交互单元、电源模块；局部矿井定位信息存储单元、图像信标中存放巷道位置信息；无线数据收发单元作为数据接收与发送的定位信息通信单元；信息交互单元为无线射频单元，实现与移动机器人接收机的通信协议握手；电源模块为有源导航信标装置提供动力源。
3.根据权利要求1所述的基于4D-GIS与定位信标辅助的煤矿移动机器人定位方法，其特征在于：所述无源信标装置包括无源定位信标图像信息单元和机载视觉采集系统。
4.根据权利要求1所述的基于4D-GIS与定位信标辅助的煤矿移动机器人定位方法，其特征在于：所述无源信标装置包括图像信标和机载视觉采集系统。
5.根据权利要求1所述的基于4D-GIS与定位信标辅助的煤矿移动机器人定位方法，其特征在于：所述无源定位信标图像信息单元包括解析
6.根据权利要求5所述的基于4D-GIS与定位信标辅助的煤矿移动机器人定位方法，其特征在于：所述解析图形包括数字图形和/或二维码。
7.根据权利要求1所述的基于4D-GIS与定位信标辅助的煤矿移动机器人定位方法，其特征在于：所述步骤三中解析煤矿移动机器人定位信息后，并将解析后的定位信息实时显示在4D-GIS中；同时，煤矿移动机器人根据自身作业特征，通过定位信标装置获取与自身作业特征相关的位置信标存储的特征信息。
8.根据权利要求1所述的基于4D-GIS与定位信标辅助的煤矿移动机器人定位方法，其特征在于：所述至少一个定位仪器为惯性导航、全站仪、激光雷达、或里程计。
...【技术特征摘要】
1.一种基于4d-gis与定位信标辅助的煤矿移动机器人定位方法，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于4d-gis与定位信标辅助的煤矿移动机器人定位方法，其特征在于：所述有源信标装置实现煤矿移动机器人所在巷道的绝对位置解析，其包括局部矿井定位信息储存单元、无线数据收发单元、信息交互单元、电源模块；局部矿井定位信息存储单元、图像信标中存放巷道位置信息；无线数据收发单元作为数据接收与发送的定位信息通信单元；信息交互单元为无线射频单元，实现与移动机器人接收机的通信协议握手；电源模块为有源导航信标装置提供动力源。
3.根据权利要求1所述的基于4d-gis与定位信标辅助的煤矿移动机器人定位方法，其特征在于：所述无源信标装置包括无源定位信标图像信息单元和机载视觉采集系统。
4.根据权利要求1所述的基于4d-gis与定位信标辅助的煤矿移动机器人定位方法，其特征在于：所述无源信标装置包括图像信标和机...
【专利技术属性】
技术研发人员：李超，马宏伟，徐凯，薛旭升，汪海涛，蔺小虎，董振良，张阳，谈娌娜，赵英杰，周文剑，苏浩，
申请(专利权)人：西安梅隆控制工程有限责任公司，
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。