[发明专利]一种基于UWB定位的设备虚拟电子围栏设置方法和系统

权利要求书

1.一种基于UWB定位的设备虚拟电子围栏设置方法，其特征在于：设备上设置定位标签，基于设备的结构与作业方法，设定设备的虚拟电子围栏，包括以下步骤：

S1、基于设备的结构计算设备虚拟外边界，即在设备的前后两端分别设置一个定位标签，计算设备虚拟外边界，包括以下步骤：

A1、连接前后定位标签，得到标签连线；

A2、将标签连线旋转，计算设备模拟中轴线两端的垂线；

A3、计算模拟中轴线两端与垂线的交叉点坐标；

A4、对交叉点坐标进行验证，获得交叉点最终坐标；

A5、根据交叉点最终坐标，得到设备模拟中轴线；

A6、对设备模拟中轴线做中垂线；

A7、根据定位标签与设备前后左右边界的距离，平移模拟中轴线、中垂线，得到的区域即为设备外边界；

各步骤具体为：

B1、通过前后定位标签的坐标，得到标签连线的表达式；

B2、根据前后定位标签与设备左右两边界的距离，计算标签连线旋转的角度表达式，根据旋转角度，列出设备模拟中轴线两端的垂线表达式；

B3、结合前后定位标签与设备左右两边界的距离，计算模拟中轴线两端与垂线的交叉点坐标；

B4、根据模拟中轴线的长度小于标签连线原则，对交叉点坐标进行验证，获得交叉点最终坐标；

B5、连接两个交叉点最终坐标，得到两垂线之间的设备模拟中轴线；

B6、对两垂线之间的模拟中轴线再做中垂线；

B7、结合前后定位标签与设备前后左右边界的距离，平移模拟中轴线、中垂线，得到的区域即为设备虚拟外边界；

设备前端的定位标签A的坐标为a(x₁，y₁)，后端的定位标签B的坐标为b(x₂，y₂)，则a、b两点之间的第一直线的方程为：

y＝k₁x+b₁ (1)；

式中，k₁和b₁均可由已知坐标(x₁，y₁)和(x₂，y₂)求得；

将第一直线旋转，得到模拟中轴线，其旋转角度α由下式表示：

式中，l₁、l₂分别表示A标签距设备右侧边界、左侧边界的估算距离，l₃、l₄分别表示B标签距设备右侧边界、左侧边界的估算距离；

在模拟中轴线的两端作垂线，前端垂线由下式表示：

y′＝k₂x+b₂ (3)

式中，

后端垂线由下式表示：

y″＝k₃x+b₃ (6)

式中，

根据下式：

计算模拟中轴线与前端垂线的交叉点a′的坐标(x₃，y₃)；

根据下式：

计算模拟中轴线与后端垂线的交叉点b′的坐标(x₄，y₄)；

采用下式：

对公式(9、10)的解进行验证，得到a′、b′的正解；

过点a′、b′作直线，得到模拟中轴线，由下式表达：

y″′＝k₄x+b₄ (12)；

式中，k₄和b₄由(x₃，y₃)和(x₄，y₄)代入求解；

对模拟中轴线作中垂线，由下式表达：

y″″＝k₅x+b₅ (13)；

式中，

将中垂线沿模拟中轴线分别向前、向后平移距离d:

式中,d₁、d₂分别表示A标签距设备前端边缘估算距离、B标签距设备后端边缘估算距离；

将模拟中轴线沿中垂线分别向左、向右平移距离l:

平移后的四条直线所围成的区域，定位为设备的虚拟外边界；

S2、根据设备上作业部件的作业方法，计算作业部件虚拟外边界；

S3、基于设备运行速度，设定安全阈值；

S4、在设备虚拟外边界或/和作业部件虚拟外边界上，增加安全阈值所对应的区间，得到设备虚拟电子围栏。