[發(fā)明專利]一種混雜網(wǎng)絡(luò)融合下機(jī)器人航跡跟蹤系統(tǒng)及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910763712.1
• 申請(qǐng)日: 2019-08-19
• 公開（公告）號(hào): CN110332934A
• 公開（公告）日: 2019-10-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 辛改芳;朱俊;唐靜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院
• 主分類號(hào): G01C21/16
• 分類號(hào): G01C21/16;G01C21/20;G01C25/00
• 代理公司: 南京知識(shí)律師事務(wù)所 32207
• 代理人: 王昊

本發(fā)明公開了一種混雜網(wǎng)絡(luò)融合下機(jī)器人航跡跟蹤系統(tǒng)及方法，視覺圖像傳感器、無線發(fā)射器、無線接收器、可見光光源、光通信器件、慣性導(dǎo)航裝置以及混雜數(shù)據(jù)融合單元。在機(jī)器人移動(dòng)區(qū)域安裝視覺圖像傳感器、無線發(fā)射器以及可見光光源，在機(jī)器人機(jī)身安裝無線接收器和光通信器件和慣性導(dǎo)航裝置，在控制中心的混雜數(shù)據(jù)處理單元進(jìn)行航跡跟蹤數(shù)據(jù)的解算和評(píng)估。本發(fā)明將粗定位、分布式定位、校正點(diǎn)精確定位相結(jié)合，航跡跟蹤精度高可靠性強(qiáng)，能夠?qū)崿F(xiàn)在機(jī)器人全空間長航時(shí)航跡跟蹤。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及移動(dòng)目標(biāo)定位系統(tǒng)及方法，特別是一種混雜網(wǎng)絡(luò)融合下機(jī)器人航跡跟蹤系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

隨著人工智能和自動(dòng)化控制技術(shù)的提升，機(jī)器人定位應(yīng)用環(huán)境逐漸惡劣，應(yīng)用場合和深度越來越廣泛，且其多機(jī)協(xié)作任務(wù)日趨復(fù)雜，需要精確并穩(wěn)健地對(duì)機(jī)器人實(shí)施多機(jī)聯(lián)合作業(yè)。機(jī)器人只有準(zhǔn)確知道自身位置與工作空間和動(dòng)靜態(tài)障礙物之間的相對(duì)位置，才能使得機(jī)器人能夠按照功能需求移動(dòng)到預(yù)定的目的地。由于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)變、地形結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運(yùn)動(dòng)特征非線性、障礙物分布不規(guī)律等帶來的不確定性問題，因此需要對(duì)在復(fù)雜三維空間運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人軌跡跟蹤進(jìn)行研究。

目前，移動(dòng)機(jī)器人室外開闊環(huán)境衛(wèi)星定位技術(shù)已經(jīng)獲得了廣泛地應(yīng)用，但是衛(wèi)星定位技術(shù)移植到室內(nèi)封閉環(huán)境時(shí)，由于受到衛(wèi)星信號(hào)遮蔽使得無法對(duì)室內(nèi)封閉環(huán)境的機(jī)器人進(jìn)行衛(wèi)星定位。借助于視覺圖像傳感，通過對(duì)圖像信息進(jìn)行檢測、提取、識(shí)別和跟蹤，能夠在整個(gè)場景中對(duì)機(jī)器人進(jìn)行識(shí)別，但是精確地定位與航跡跟蹤涉及到場景建模、傳感器標(biāo)定、定位解算算法，復(fù)雜的環(huán)境且動(dòng)態(tài)的目標(biāo)限制了其應(yīng)用范圍。無線傳感器作為一種分布式定位方法在室內(nèi)目標(biāo)定位應(yīng)用廣泛，但是工業(yè)環(huán)境無線信號(hào)易受到信號(hào)反射衰減以及多徑傳播等干擾，同時(shí)存在節(jié)點(diǎn)覆蓋及能量有效等諸多挑戰(zhàn)，在局部區(qū)域存在高誤碼率和連通性暫時(shí)中斷產(chǎn)生錯(cuò)誤位置信息；慣性導(dǎo)航系統(tǒng)利用機(jī)器人自身運(yùn)行中的慣性，短航時(shí)內(nèi)能實(shí)現(xiàn)精確定位，但由于陀螺儀漂移及加速度測量誤差，長航時(shí)具有累計(jì)誤差而需要其他定位系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行校正；光通信定位作為近年來的定位新技術(shù)，在無需增加高昂設(shè)備成本的基礎(chǔ)上，使用經(jīng)過特定編碼的光源信號(hào)能夠?qū)C(jī)器人進(jìn)行定點(diǎn)精確定位。

綜上所述，為了實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)自動(dòng)化和智能化，需要在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)支撐下進(jìn)行移動(dòng)機(jī)器人軌跡跟蹤和動(dòng)態(tài)定位。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種采用多傳感器進(jìn)行機(jī)器人航跡跟蹤，解決機(jī)器人全空間定位存在錯(cuò)誤位置和長航時(shí)定位存在累計(jì)誤差問題的混雜網(wǎng)絡(luò)融合下機(jī)器人航跡跟蹤系統(tǒng)及方法。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。

一種混雜網(wǎng)絡(luò)融合下機(jī)器人航跡跟蹤系統(tǒng)，包括由視覺圖像傳感器、無線發(fā)射器、無線接收器、可見光光源、光通信器件、慣性導(dǎo)航裝置和混雜數(shù)據(jù)融合單元，所述視覺圖像傳感器通過對(duì)圖像參數(shù)進(jìn)行解算，得到機(jī)器人在全局空間粗定位輸出；所述無線發(fā)射器通過無線信號(hào)解算得到機(jī)器人在全局空間分布式定位輸出；所述慣性導(dǎo)航裝置利用慣性元件來敏感機(jī)器人的加速度和角加速度，經(jīng)過解算得到其位置和姿態(tài)；所述光通信器件接受固定點(diǎn)的光源信號(hào)解算得到機(jī)器人在固定點(diǎn)的精確位置；所述混雜數(shù)據(jù)融合單元通過數(shù)據(jù)傳輸模塊接收視覺參數(shù)、無線參數(shù)、慣導(dǎo)參數(shù)以及可見光參數(shù)，并進(jìn)行多源混雜數(shù)據(jù)下機(jī)器人實(shí)時(shí)軌跡跟蹤。

所述視覺圖像傳感器安裝在機(jī)器人移動(dòng)區(qū)域，用于對(duì)機(jī)器人進(jìn)行全局空間的目標(biāo)確定；所述無線發(fā)射器在移動(dòng)區(qū)域空間每隔一定距離進(jìn)行三維部署，所述無線接收器安裝在機(jī)器人機(jī)身；在機(jī)器人機(jī)身安裝有三軸加速度計(jì)和三軸陀螺儀的慣性敏感元件；同時(shí)可見光源安裝在機(jī)器人移動(dòng)區(qū)域，并需要標(biāo)定其初始三維坐標(biāo)，所述光通信器件安裝在機(jī)器人機(jī)身；在機(jī)器人機(jī)身的圖像信號(hào)、無線信號(hào)、光信號(hào)以及慣性信號(hào)通過有線方式傳輸?shù)綑C(jī)器人機(jī)身的混雜數(shù)據(jù)融合單元，得到機(jī)器人在全空間的實(shí)時(shí)軌跡。

一種混雜網(wǎng)絡(luò)融合下機(jī)器人航跡跟蹤方法，其特征在于步驟包括：