[發明專利]無源低成本井下救援機器人自定位裝置及定位方法

有效

• 申請號: 202110410913.0
• 申請日: 2021-04-16
• 公開（公告）號: CN113175915B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 徐曉;于筱潔;楊旭;張凱文;鮑衷旭;牛強
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01C11/00
• 分類號: G01C11/00;G01B11/00
• 代理公司: 北京淮海知識產權代理事務所(普通合伙) 32205
• 代理人: 周淑淑

1.一種無源低成本井下救援機器人自定位方法，其特征在于，包括定位基站，用于拍攝定位基站的紅外攝像機以及安裝在救援機器人內部的邊緣計算節點；定位基站為反射標簽，以固定間隔安裝在巷道頂板，每個定位基站內部設有其專屬ID，紅外攝像機集成有紅外發射器，安裝在救援機器人頂部，紅外攝像機采集圖像的方向垂直于巷道頂板；救援機器人內部存儲有標有定位基站專屬ID的井下環境地圖，具體方法如下：

步驟a當救援機器人進入礦井后，其頂部集成有紅外發射器的紅外攝像機發射紅外光，安裝在巷道頂部具有專屬ID的定位基站接觸到紅外光后反射紅外光，紅外攝像機根據反射的紅外光實時捕捉定位基站的圖像并傳送至邊緣計算節點；

步驟b邊緣計算節點通過識別算法從紅外攝像機捕獲的圖像中檢測定位基站，并對其進行識別，隨后對識別結果進行校驗，進而得到當前救援機器人所處附近的定位基站專屬ID，根據定位基站專屬ID以及救援機器人內部存儲的井下環境地圖得到該定位基站的位置信息；

步驟c邊緣計算節點再通過定位算法根據識別出定位基站的位置信息以及空間幾何關系，最終得到救援機器人的位置信息；

所述步驟a中定位基站為反射標簽，其專屬ID構建方法為：將定位基站分解成多個單元，設有反射器的單元為“亮單元”，無反射器的單元為“暗單元”，將亮單元編碼為“1”，暗單元編碼為“0”，通過改變反射器的排列序列構建具有專屬ID的定位基站，具體方法如下：

1.1)將定位基站分解為N×N個單元，四個頂點處的單元標記為特征位，其編碼值固定為“1”，用于定位基站區域約束，余下單元被用作識別位；

1.2)通過漢明碼對定位基站專屬ID進行優化，將識別位進一步分為信息位與校驗位，信息位采用二進制碼，校驗位由漢明碼確定，將校驗位值插入校驗位，形成完整的定位基站專屬ID；

所述步驟1.2)具體方法如下：

1.21)確定所需校驗位的位置及個數

確定校驗位的位置：校驗位的位置為2的整數次方，即位于2ⁿ位置；

確定校驗位的個數：設信息位、校驗位和識別位的個數分別為k、r和s，則根據漢明不等式，有以下關系式：

s＝k+r2^r-1

1.22)計算校驗位值

每個校驗位負責檢查多位信息位，校驗位的位置決定了被檢查位的序列，對于每個校驗位，除其自身外，對其負責的所有被檢查位執行異或操作，執行結果為校驗位值即校驗碼；被檢查位的序列的確定方法如下：

①從第i個校驗位的當前位開始，連續校驗2^i-1位，再跳過2^i-1位；

②重復步驟①直至信息位的最后一位；

1.23)校驗位值確定后，將校驗位值即校驗碼插入步驟1.21)確定的校驗位的位置，形成完整的定位基站專屬ID。