本發(fā)明涉及自動化控制，具體涉及一種傳感器網(wǎng)絡中的實時異常數(shù)據(jù)檢測與預警方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在智能制造、自動化設備和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領域，機械臂被廣泛應用于傳感器節(jié)點的安裝和維護。傳統(tǒng)機械臂通過預設的運動軌跡及位姿調(diào)整來完成傳感器節(jié)點的定位安裝，并依據(jù)機械臂末端執(zhí)行器與目標位置的配合完成傳感器的固定。然而，由于機械臂末端執(zhí)行器的精度存在局限性，在傳感器節(jié)點安裝過程中常常會出現(xiàn)位置偏差較大的問題。

2、具體來說，現(xiàn)有機械臂在執(zhí)行傳感器節(jié)點安裝任務時，其末端執(zhí)行器的重復定位精度不足，難以滿足高精度傳感器節(jié)點對安裝位置的嚴格要求。這種偏差不僅導致傳感器安裝位置與設計位置之間產(chǎn)生誤差，還會顯著影響傳感器的數(shù)據(jù)采集性能和可靠性。此外，現(xiàn)有機械臂通常依賴固定參數(shù)的軌跡規(guī)劃，對于安裝位置變化或環(huán)境干擾的適應性較差，進一步加劇了安裝偏差問題。因此，現(xiàn)有技術(shù)的不足主要體現(xiàn)在以下幾個方面：末端執(zhí)行器精度不足，導致傳感器安裝位置偏差大；安裝偏差影響傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)采集準確性，降低了系統(tǒng)整體性能；對環(huán)境變化的適應性差，難以保證安裝的可靠性和穩(wěn)定性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種傳感器網(wǎng)絡中的實時異常數(shù)據(jù)檢測與預警方法及系統(tǒng)，解決現(xiàn)有技術(shù)末端執(zhí)行器精度不足，導致傳感器安裝位置偏差大；安裝偏差影響傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)采集準確性，降低了系統(tǒng)整體性能；對環(huán)境變化的適應性差，難以保證安裝的可靠性和穩(wěn)定性的問題。

2、為實現(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)絡中的實時異常數(shù)據(jù)檢測與預警方法，所述方法包括：

3、s1、對機械臂的末端執(zhí)行器進行精度校正，具體為使用高分辨率位置傳感器測量機械臂的初始位置和速度，將機械臂的運動參數(shù)帶入軌跡預測公式，計算末端軌跡，對比實際軌跡與預測軌跡，計算偏差并應用校正因子更新運動控制模型；

4、s2、采集各傳感器節(jié)點的原始數(shù)據(jù)并進行預處理；

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

6、s4、實時監(jiān)測各傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)，并與標準參考數(shù)據(jù)集進行比對，具體為將傳感器實時數(shù)據(jù)和標準參考數(shù)據(jù)集建模為動態(tài)競爭關系，計算兩者的交互動態(tài)，觀察是否出現(xiàn)異常增長或衰退現(xiàn)象，若任一變量偏離平衡點，判定為異常，具體公式為：

7、，；

8、其中，和表示實時數(shù)據(jù)和參考數(shù)據(jù)的動態(tài)狀態(tài)，和表示增長率，和表示承載能力，和表示相互影響系數(shù)；

9、s5、根據(jù)比對結(jié)果，實時發(fā)出異常數(shù)據(jù)預警信號。

10、優(yōu)選的，所述s2包括：

11、將傳感器節(jié)點采集的原始數(shù)據(jù)進行快速傅里葉變換，獲得頻域信號，計算功率譜密度，識別并濾除噪聲頻率分量，將降噪后的信號轉(zhuǎn)換回時域，具體公式為：

12、；

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

14、優(yōu)選的，所述s3包括：

15、利用傳感器校正后的位置信息，建立對稱性模型，通過對稱性操作，將傳感器的位置信息映射到一個標準參考坐標系中，生成符合幾何對稱性的標準參考數(shù)據(jù)集，用于異常檢測的基準，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，計算實時數(shù)據(jù)頻率與參考頻率之間的偏差，若偏差超過設定閾值，生成變化信號作為預警提示，具體公式為：

20、；

21、其中，表示頻率偏差，表示實時數(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、通過高精度校準模塊獲取機械臂末端執(zhí)行器的校正值；

24、根據(jù)校正值調(diào)整各傳感器節(jié)點的安裝位置；

25、通過調(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)計算各傳感器的標準偏差，并生成標準參考數(shù)據(jù)集。

27、優(yōu)選的，所述基于初始數(shù)據(jù)計算各傳感器的標準偏差包括：

28、收集多個不同時間段的傳感器數(shù)據(jù)；

29、計算各時間段數(shù)據(jù)的平均值μ；

30、計算各時間段數(shù)據(jù)的標準差σ；

31、標準偏差計算公式為：；

32、其中，xi表示第i個時間段的數(shù)據(jù)值，n表示時間段的數(shù)量，μ表示平均值，σ表示標準差。

33、優(yōu)選的，所述計算各時間段數(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和時間段數(shù)量n，計算平均值μ=s/n；

37、判斷如果s=0或n≤1，則平均值μ設定為0。

38、優(yōu)選的，所述計算偏差包括：

39、采集實際軌跡數(shù)據(jù)并與預測軌跡進行對比；

40、基于位置誤差∣r(t)實際?r(t)預測∣計算偏差；

41、若偏差超過預設閾值，則觸發(fā)校正操作。

42、優(yōu)選的，所述s1中計算末端軌跡具體公式為：

43、；

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

45、一種傳感器網(wǎng)絡中的實時異常數(shù)據(jù)檢測與預警系統(tǒng)，采用所述的傳感器網(wǎng)絡中的實時異常數(shù)據(jù)檢測與預警方法，所述系統(tǒng)包括：

46、高精度校準模塊，用于對機械臂的末端執(zhí)行器進行精度校正；

47、數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集各傳感器節(jié)點的原始數(shù)據(jù)并進行預處理；

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準參考數(shù)據(jù)集；

49、實時監(jiān)測模塊，用于實時監(jiān)測各傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)，并與標準參考數(shù)據(jù)集進行比對；

50、預警信號模塊，用于根據(jù)比對結(jié)果，實時發(fā)出異常數(shù)據(jù)預警信號。

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)絡中的實時異常數(shù)據(jù)檢測與預警方法及系統(tǒng)，通過對機械臂的末端執(zhí)行器進行精度校正，采集各傳感器節(jié)點的原始數(shù)據(jù)并進行預處理，基于校正后的傳感器安裝位置信息，生成標準參考數(shù)據(jù)集，實時監(jiān)測各傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)，并與標準參考數(shù)據(jù)集進行比對，根據(jù)比對結(jié)果，實時發(fā)出異常數(shù)據(jù)預警信號，顯著降低了機械臂末端執(zhí)行器在傳感器節(jié)點安裝過程中的位置偏差，確保傳感器安裝位置與設計位置的高度一致性，提升了傳感器節(jié)點安裝精度，減少了位置誤差對數(shù)據(jù)采集性能的影響，確保了采集數(shù)據(jù)的準確性和一致性，提高了整個工作效率和穩(wěn)定性，提高了傳感器安裝和維護過程的靈活性和可靠性，使得傳感器網(wǎng)絡整體性能得到顯著優(yōu)化，為后續(xù)的異常數(shù)據(jù)檢測和預警提供穩(wěn)定的基礎，降低了運行和維護成本，解決了現(xiàn)有技術(shù)末端執(zhí)行器精度不足，導致傳感器安裝位置偏差大；安裝偏差影響傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)采集準確性，降低了系統(tǒng)整體性能；對環(huán)境變化的適應性差，難以保證安裝的可靠性和穩(wěn)定性的問題。