本發(fā)明涉及自動(dòng)化控制，具體涉及一種傳感器網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)時(shí)異常數(shù)據(jù)檢測(cè)與預(yù)警方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在智能制造、自動(dòng)化設(shè)備和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，機(jī)械臂被廣泛應(yīng)用于傳感器節(jié)點(diǎn)的安裝和維護(hù)。傳統(tǒng)機(jī)械臂通過(guò)預(yù)設(shè)的運(yùn)動(dòng)軌跡及位姿調(diào)整來(lái)完成傳感器節(jié)點(diǎn)的定位安裝，并依據(jù)機(jī)械臂末端執(zhí)行器與目標(biāo)位置的配合完成傳感器的固定。然而，由于機(jī)械臂末端執(zhí)行器的精度存在局限性，在傳感器節(jié)點(diǎn)安裝過(guò)程中常常會(huì)出現(xiàn)位置偏差較大的問(wèn)題。

2、具體來(lái)說(shuō)，現(xiàn)有機(jī)械臂在執(zhí)行傳感器節(jié)點(diǎn)安裝任務(wù)時(shí)，其末端執(zhí)行器的重復(fù)定位精度不足，難以滿(mǎn)足高精度傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)安裝位置的嚴(yán)格要求。這種偏差不僅導(dǎo)致傳感器安裝位置與設(shè)計(jì)位置之間產(chǎn)生誤差，還會(huì)顯著影響傳感器的數(shù)據(jù)采集性能和可靠性。此外，現(xiàn)有機(jī)械臂通常依賴(lài)固定參數(shù)的軌跡規(guī)劃，對(duì)于安裝位置變化或環(huán)境干擾的適應(yīng)性較差，進(jìn)一步加劇了安裝偏差問(wèn)題。因此，現(xiàn)有技術(shù)的不足主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：末端執(zhí)行器精度不足，導(dǎo)致傳感器安裝位置偏差大；安裝偏差影響傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確性，降低了系統(tǒng)整體性能；對(duì)環(huán)境變化的適應(yīng)性差，難以保證安裝的可靠性和穩(wěn)定性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種傳感器網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)時(shí)異常數(shù)據(jù)檢測(cè)與預(yù)警方法及系統(tǒng)，解決現(xiàn)有技術(shù)末端執(zhí)行器精度不足，導(dǎo)致傳感器安裝位置偏差大；安裝偏差影響傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確性，降低了系統(tǒng)整體性能；對(duì)環(huán)境變化的適應(yīng)性差，難以保證安裝的可靠性和穩(wěn)定性的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種傳感器網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)時(shí)異常數(shù)據(jù)檢測(cè)與預(yù)警方法，所述方法包括：

3、s1、對(duì)機(jī)械臂的末端執(zhí)行器進(jìn)行精度校正，具體為使用高分辨率位置傳感器測(cè)量機(jī)械臂的初始位置和速度，將機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)參數(shù)帶入軌跡預(yù)測(cè)公式，計(jì)算末端軌跡，對(duì)比實(shí)際軌跡與預(yù)測(cè)軌跡，計(jì)算偏差并應(yīng)用校正因子更新運(yùn)動(dòng)控制模型；

4、s2、采集各傳感器節(jié)點(diǎn)的原始數(shù)據(jù)并進(jìn)行預(yù)處理；

5、s3、基于校正后的傳感器安裝位置信息，生成標(biāo)準(zhǔn)參考數(shù)據(jù)集；

6、s4、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，并與標(biāo)準(zhǔn)參考數(shù)據(jù)集進(jìn)行比對(duì)，具體為將傳感器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)參考數(shù)據(jù)集建模為動(dòng)態(tài)競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，計(jì)算兩者的交互動(dòng)態(tài)，觀(guān)察是否出現(xiàn)異常增長(zhǎng)或衰退現(xiàn)象，若任一變量偏離平衡點(diǎn)，判定為異常，具體公式為：

7、，；

8、其中，和表示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和參考數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)狀態(tài)，和表示增長(zhǎng)率，和表示承載能力，和表示相互影響系數(shù)；

9、s5、根據(jù)比對(duì)結(jié)果，實(shí)時(shí)發(fā)出異常數(shù)據(jù)預(yù)警信號(hào)。

10、優(yōu)選的，所述s2包括：

11、將傳感器節(jié)點(diǎn)采集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傅里葉變換，獲得頻域信號(hào)，計(jì)算功率譜密度，識(shí)別并濾除噪聲頻率分量，將降噪后的信號(hào)轉(zhuǎn)換回時(shí)域，具體公式為：

12、；

13、其中，表示信號(hào)在某一頻率上的功率分布，表示頻率，表示數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)，表示索引序號(hào)。

14、優(yōu)選的，所述s3包括：

15、利用傳感器校正后的位置信息，建立對(duì)稱(chēng)性模型，通過(guò)對(duì)稱(chēng)性操作，將傳感器的位置信息映射到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)參考坐標(biāo)系中，生成符合幾何對(duì)稱(chēng)性的標(biāo)準(zhǔn)參考數(shù)據(jù)集，用于異常檢測(cè)的基準(zhǔn)，具體公式為：

16、；

17、其中，表示轉(zhuǎn)換后的位置，表示旋轉(zhuǎn)矩陣，表示原始傳感器的位置，表示平移向量。

18、優(yōu)選的，所述s5包括：

19、將傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為頻譜，提取主要頻率分量，計(jì)算實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)頻率與參考頻率之間的偏差，若偏差超過(guò)設(shè)定閾值，生成變化信號(hào)作為預(yù)警提示，具體公式為：

20、；

21、其中，表示頻率偏差，表示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)頻率，表示參考數(shù)據(jù)頻率。

22、優(yōu)選的，所述s3包括：

23、通過(guò)高精度校準(zhǔn)模塊獲取機(jī)械臂末端執(zhí)行器的校正值；

24、根據(jù)校正值調(diào)整各傳感器節(jié)點(diǎn)的安裝位置；

25、通過(guò)調(diào)整后的安裝位置收集初始數(shù)據(jù)；

26、基于初始數(shù)據(jù)計(jì)算各傳感器的標(biāo)準(zhǔn)偏差，并生成標(biāo)準(zhǔn)參考數(shù)據(jù)集。

27、優(yōu)選的，所述基于初始數(shù)據(jù)計(jì)算各傳感器的標(biāo)準(zhǔn)偏差包括：

28、收集多個(gè)不同時(shí)間段的傳感器數(shù)據(jù)；

29、計(jì)算各時(shí)間段數(shù)據(jù)的平均值μ；

30、計(jì)算各時(shí)間段數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差σ；

31、標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算公式為：；

32、其中，xi表示第i個(gè)時(shí)間段的數(shù)據(jù)值，n表示時(shí)間段的數(shù)量，μ表示平均值，σ表示標(biāo)準(zhǔn)差。

33、優(yōu)選的，所述計(jì)算各時(shí)間段數(shù)據(jù)的平均值包括：

34、初始化總和s為0；

35、遍歷所有時(shí)間段的數(shù)據(jù)，累加各數(shù)據(jù)值到總和s；

36、基于總和s和時(shí)間段數(shù)量n，計(jì)算平均值μ=s/n；

37、判斷如果s=0或n≤1，則平均值μ設(shè)定為0。

38、優(yōu)選的，所述計(jì)算偏差包括：

39、采集實(shí)際軌跡數(shù)據(jù)并與預(yù)測(cè)軌跡進(jìn)行對(duì)比；

40、基于位置誤差∣r(t)實(shí)際?r(t)預(yù)測(cè)∣計(jì)算偏差；

41、若偏差超過(guò)預(yù)設(shè)閾值，則觸發(fā)校正操作。

42、優(yōu)選的，所述s1中計(jì)算末端軌跡具體公式為：

43、；

44、其中，表示末端執(zhí)行器的實(shí)時(shí)位置，表示初始位置，表示初始速度，表示加速度，表示時(shí)間。

45、一種傳感器網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)時(shí)異常數(shù)據(jù)檢測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)，采用所述的傳感器網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)時(shí)異常數(shù)據(jù)檢測(cè)與預(yù)警方法，所述系統(tǒng)包括：

46、高精度校準(zhǔn)模塊，用于對(duì)機(jī)械臂的末端執(zhí)行器進(jìn)行精度校正；

47、數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集各傳感器節(jié)點(diǎn)的原始數(shù)據(jù)并進(jìn)行預(yù)處理；

48、參考數(shù)據(jù)生成模塊，用于基于校正后的傳感器安裝位置信息生成標(biāo)準(zhǔn)參考數(shù)據(jù)集；

49、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，并與標(biāo)準(zhǔn)參考數(shù)據(jù)集進(jìn)行比對(duì)；

50、預(yù)警信號(hào)模塊，用于根據(jù)比對(duì)結(jié)果，實(shí)時(shí)發(fā)出異常數(shù)據(jù)預(yù)警信號(hào)。

51、由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明具有如下有益效果：

52、該傳感器網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)時(shí)異常數(shù)據(jù)檢測(cè)與預(yù)警方法及系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)機(jī)械臂的末端執(zhí)行器進(jìn)行精度校正，采集各傳感器節(jié)點(diǎn)的原始數(shù)據(jù)并進(jìn)行預(yù)處理，基于校正后的傳感器安裝位置信息，生成標(biāo)準(zhǔn)參考數(shù)據(jù)集，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，并與標(biāo)準(zhǔn)參考數(shù)據(jù)集進(jìn)行比對(duì)，根據(jù)比對(duì)結(jié)果，實(shí)時(shí)發(fā)出異常數(shù)據(jù)預(yù)警信號(hào)，顯著降低了機(jī)械臂末端執(zhí)行器在傳感器節(jié)點(diǎn)安裝過(guò)程中的位置偏差，確保傳感器安裝位置與設(shè)計(jì)位置的高度一致性，提升了傳感器節(jié)點(diǎn)安裝精度，減少了位置誤差對(duì)數(shù)據(jù)采集性能的影響，確保了采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和一致性，提高了整個(gè)工作效率和穩(wěn)定性，提高了傳感器安裝和維護(hù)過(guò)程的靈活性和可靠性，使得傳感器網(wǎng)絡(luò)整體性能得到顯著優(yōu)化，為后續(xù)的異常數(shù)據(jù)檢測(cè)和預(yù)警提供穩(wěn)定的基礎(chǔ)，降低了運(yùn)行和維護(hù)成本，解決了現(xiàn)有技術(shù)末端執(zhí)行器精度不足，導(dǎo)致傳感器安裝位置偏差大；安裝偏差影響傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確性，降低了系統(tǒng)整體性能；對(duì)環(huán)境變化的適應(yīng)性差，難以保證安裝的可靠性和穩(wěn)定性的問(wèn)題。