[发明专利]无源低成本井下救援机器人自定位装置及定位方法

说明书

本发明公开一种无源低成本井下救援机器人自定位装置及定位方法，装置包括安装在巷道顶板的定位基站、安装在救援机器人顶部的红外摄像机以及安装在救援机器人内部的边缘计算节点；定位基站内部设有其专属ID，救援机器人内部存储有标有定位基站专属ID的井下环境地图。方法为：采用一个具有专属ID的反射标签排列序列的定位基站，救援机器人通过红外摄像机获取定位基站图像，并对该图像中的专属ID进行检测、识别、纠错、验证每个定位基站的身份即专属ID，以确定救援机器人处于哪个定位基站附近，再通过定位算法计算出救援机器人的准确位置。本发明能够对井下救援机器人进行实时定位，无需部署供电基础设施，成本低廉、定位精度高。

技术领域

本发明涉及一种定位方法及装置，具体是一种无源低成本井下救援机器人自定位装置及定位方法，属于井下智能定位技术领域。

背景技术

煤矿复杂的环境往往会引起矿山灾害，矿井事故发生后，救援刻不容缓。由于受到大量有害气体和不可预知的障碍的限制，救援机器人被认为是在地下展开救援的一个很好的选择。在众多的研究课题中，井下机器人的自定位是研究的热点之一。

井下定位是一种特殊的室内定位，目前涌现了很多基于无线信号基站(如蓝牙、WiFi、UWB和Zigbee)的室内定位方案，然而，这些方案在井下还存在诸多限制。由于井下环境复杂，无线信号衰减严重，致使定位精度较差。此外，无线信号基站都需要电源供电，这限制了其在井下的应用，一方面，为了保护煤矿生产安全，不允许大规模部署电源。另一方面，一旦发生矿井事故，大部分的供电设备会被破坏，导致定位系统崩溃。因此，部署适用于井下的低成本无源的基站是实现井下定位的关键，一个潜在的选择是基于RFID的系统，其无需电源，但该解决方案存在以下缺点：(1)RFID信号在地下衰减严重，阅读器的感知距离较短；(2)阅读器的成本较高。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种无源低成本井下救援机器人自定位装置及定位方法，能够对井下救援机器人进行实时定位，无需部署供电基础设施，每个基站无需通过无线信号实时传送其位置，成本低廉、定位精度高。

为达到以上目的，本发明提供一种无源低成本井下救援机器人自定位装置，包括定位基站，用于拍摄定位基站的红外摄像机以及安装在救援机器人内部的边缘计算节点；定位基站为反射标签，以固定间隔安装在巷道顶板，每个定位基站内部设有其专属ID，红外摄像机集成有红外发射器，安装在救援机器人顶部，红外摄像机采集图像的方向垂直于巷道顶板；救援机器人内部存储有标有定位基站专属ID的井下环境地图。

一种无源低成本井下救援机器人自定位方法，包括以下步骤：

步骤a当救援机器人进入矿井后，其顶部集成有红外发射器的红外摄像机发射红外光，安装在巷道顶部具有专属ID的定位基站接触到红外光后反射红外光，红外摄像机根据反射的红外光实时捕捉定位基站的图像并传送至边缘计算节点；

步骤b边缘计算节点通过识别算法从红外摄像机捕获的图像中检测定位基站，并对其进行识别，随后对识别结果进行校验，进而得到当前救援机器人所处附近的定位基站专属ID，根据定位基站专属ID以及救援机器人内部存储的井下环境地图得到该定位基站的位置信息；

步骤c边缘计算节点再通过定位算法根据识别出定位基站的位置信息以及空间几何关系，最终得到救援机器人的位置信息。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)本发明采用一个具有专属ID的反射标签排列序列的定位基站，通过计算机视觉相关技术，救援机器人可以检测、识别纠错并验证每个定位基站的身份即专属ID，以确定它处于哪个定位基站附近，再通过定位算法计算出救援机器人的准确位置，本发明具有很高的潜力，可在井下实现大规模部署，为复杂地下环境下救援机器人的精确定位提供了一种低成本和有效的解决方案。