基于射頻識別的移動機器人的自主精確定位系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于射頻識別的移動機器人的自主精確定位系統(tǒng)，包括安裝在移動機器人的定位控制器、移動機器人底部的射頻卡讀卡器及鋪設(shè)于移動機器人預(yù)設(shè)活動區(qū)域地面下的射頻卡，其中，定位控制器由微處理器和通信接口連接構(gòu)成，微處理器連接射頻卡讀卡器，微處理器通過通信接口控制射頻卡讀卡器進(jìn)行射頻卡數(shù)據(jù)讀??；微處理器與數(shù)據(jù)庫連接，所述數(shù)據(jù)庫存儲有數(shù)字地圖，所述數(shù)字地圖包含與射頻卡編號對應(yīng)的鋪設(shè)坐標(biāo)信息，用于對讀卡器讀取的射頻卡數(shù)據(jù)進(jìn)行位置匹配；還包括定位顯示模塊，所述定位顯示模塊與微處理器連接，用于在數(shù)字地圖中實時顯示機器人所處位置。本發(fā)明提供了一種基于射頻識別技術(shù)的高速讀取、全方位識讀、且定位精確的定位系統(tǒng)。
【專利說明】
基于射頻識別的移動機器人的自主精確定位系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于移動機器人小車定位領(lǐng)域，尤其是一種基于射頻識別的移動機器人的自主精確定位系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的快速增加，人們對定位與導(dǎo)航的需求日益增大，尤其在復(fù)雜的室內(nèi)環(huán)境，如機場大廳、展廳、倉庫、超市、圖書館、地下停車場、礦井等環(huán)境中，常常需要確定移動機器人在室內(nèi)的位置信息。但是受定位時間、定位精度以及復(fù)雜室內(nèi)環(huán)境等條件的限制，比較完善的定位技術(shù)目前還無法很好地利用。
[0003]例如，在自動化生產(chǎn)和倉儲管理中應(yīng)用移動機器人，如果室內(nèi)移動機器人可以精確識別當(dāng)前位置，就可以精確地組裝產(chǎn)品、傳輸和搬運產(chǎn)品。目前，室內(nèi)移動機器人定位方法一般有幾種:超聲波定位、紅外線定位、超寬帶定位、測距法、二維碼/條形碼定位方法。
[0004]超聲波定位目前大多數(shù)采用反射式測距法。系統(tǒng)由一個主測距器和若干個射頻卡組成，主測距器可放置于移動機器人本體上，各個射頻卡放置于室內(nèi)空間的固定位置。定位過程如下:先由上位機發(fā)送同頻率的信號給各個射頻卡，射頻卡接收到后又反射傳輸給主測距器，從而可以確定各個射頻卡到主測距器之間的距離，并得到定位坐標(biāo)。目前，比較流行的基于超聲波室內(nèi)定位的技術(shù)為在移動機器人身上4個朝向安裝4個超聲波傳感器，將待定位空間分區(qū)，由超聲波傳感器測距形成坐標(biāo)，總體把握數(shù)據(jù)，抗干擾性強，精度高，而且可以解決機器人迷路問題。定位精度:超聲波定位精度可達(dá)厘米級，精度比較高。缺陷:超聲波在傳輸過程中衰減明顯從而影響其定位有效范圍。
[0005]紅外線是一種波長間于無線電波和可見光波之間的電磁波。典型的紅外線室內(nèi)定位系統(tǒng)Activebadges使待測物體附上一個電子標(biāo)識，該標(biāo)識通過紅外發(fā)射機向室內(nèi)固定放置的紅外接收機周期發(fā)送該待測物唯一 ID，接收機再通過有線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)庫。這個定位技術(shù)功耗較大且常常會受到室內(nèi)墻體或物體的阻隔，實用性較低。如果將紅外線與超聲波技術(shù)相結(jié)合也可方便地實現(xiàn)定位功能。用紅外線觸發(fā)定位信號使參考點的超聲波發(fā)射器向待測點射超聲波，應(yīng)用TOA基本算法，通過計時器測距定位。一方面降低了功耗，另一方面避免了超聲波反射式定位技術(shù)傳輸距離短的缺陷。使得紅外技術(shù)與超聲波技術(shù)優(yōu)勢互補。定位精度:5至10m。缺陷:紅外線在傳輸過程中易于受物體或墻體阻隔且傳輸距離較短，定位系統(tǒng)復(fù)雜度較高，有效性和實用性較其它技術(shù)仍有差距。
[0006]測距法也稱推算法，其通過兩個輪子加裝的編碼器測出微小距離，計算出移動機器人位置和姿態(tài)的變化量，通過累加，實現(xiàn)移動機器人的自動定位。但是，一旦車輪行進(jìn)過程中出現(xiàn)打滑空轉(zhuǎn)現(xiàn)象，由于編碼器的輸出不能修正這一誤差，所以，隨著時間的推移，將會加大誤差累計，導(dǎo)致定位精度的降低，因此，測距法只適應(yīng)于一段相當(dāng)短的距離。
[0007]二維碼/條形碼移動機器人定位方法通常是在每個二維碼/條形碼標(biāo)簽上印制若干個二維碼/條形碼，每個條形碼數(shù)據(jù)由兩部分組成:絕對地址碼和位置偏移碼，絕對地址碼用于定位該標(biāo)簽在室內(nèi)環(huán)境中的實際地理位置，位置偏移碼用于確定該標(biāo)簽上各個二維碼/條形碼之間的偏移量，每個標(biāo)簽上各個二維碼/條形碼上的絕對地址碼是相同的，代表整個標(biāo)簽在室內(nèi)的地理位置，各個二維碼/條形碼之間的相對位置用各自的偏移量表示。條碼掃描槍每次掃描得到一個完整的條碼，當(dāng)掃描范圍出現(xiàn)空白區(qū)時，通過對第I個空白區(qū)左右兩側(cè)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行拼接而獲得一個完整的條碼數(shù)據(jù)。當(dāng)用以上方法定位移動機器人位置時，是將標(biāo)簽的位置(絕對位置)、條碼的位置(相對位置)、條碼掃描槍位置(相對位置)這三個數(shù)據(jù)疊加，最終得到移動機器人在室內(nèi)實際地理位置。但是，該方法仍然有以下不足:二維碼/條形碼識讀速度低，不適合于高效率的移動機器人領(lǐng)域；二維碼/條形碼布局結(jié)構(gòu)難以實現(xiàn)全方位識讀；容錯能力差，對環(huán)境要求高、成本高，不利于推廣使用。由于一維碼沒有糾錯碼字并且添加在數(shù)據(jù)碼字序列后，使得符號在遇到損壞時丟失數(shù)據(jù)，當(dāng)二維碼/條形碼長期使用后出現(xiàn)磨損，或由于地面凹凸不平，二維碼/條形碼彎曲時，都不能正常識讀數(shù)據(jù)。
[0008]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于射頻識別技術(shù)的高速讀取、全方位識讀、且定位精確的定位系統(tǒng)及方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種定位準(zhǔn)確、穩(wěn)定性強且便于實施的基于射頻識別的移動機器人的自主精確定位系統(tǒng)及方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0010]基于射頻識別的移動機器人的自主精確定位系統(tǒng)，包括安裝在移動機器人的定位控制器、移動機器人底部的射頻卡讀卡器及鋪設(shè)于移動機器人預(yù)設(shè)活動區(qū)域地面下的射頻卡，其中，
[0011]定位控制器由微處理器和通信接口連接構(gòu)成，微處理器連接射頻卡讀卡器，微處理器通過通信接口控制射頻卡讀卡器進(jìn)行射頻卡數(shù)據(jù)讀??；
[0012]微處理器與數(shù)據(jù)庫連接，所述數(shù)據(jù)庫存儲有數(shù)字地圖，所述數(shù)字地圖包含與射頻卡編號對應(yīng)的鋪設(shè)坐標(biāo)信息，用于對讀卡器讀取的射頻卡數(shù)據(jù)進(jìn)行位置匹配；
[0013]還包括定位顯示模塊，所述定位顯示模塊與微處理器連接，用于在數(shù)字地圖中實時顯示機器人所處位置。
[0014]作為優(yōu)選方案，所述的通信接口為無線網(wǎng)絡(luò)接口、有線網(wǎng)絡(luò)接口或RS232/RS485總線接口。
[0015]基于射頻識別的移動機器人的自主精確定位方法，包括如下步驟:
[0016]S1:在移動機器人預(yù)設(shè)活動區(qū)域地面下按步長L鋪設(shè)射頻卡，并建立包含射頻卡以及對應(yīng)鋪設(shè)坐標(biāo)信息的數(shù)字地圖，存儲于數(shù)據(jù)庫中；
[0017]S2:射頻卡讀卡器，實時讀取機器人所在位置地面下的射頻卡數(shù)據(jù)；
[0018]S3:微處理器通過通信接口接收射頻卡數(shù)據(jù)；
[0019]S4:在數(shù)字地圖中搜索與射頻卡數(shù)據(jù)匹配的物理坐標(biāo)；
[0020]S5:圖像顯示模塊實時顯示機器人在數(shù)字地圖中所處位置。
[0021]其中，步驟SI中，包含設(shè)定坐標(biāo)原點，并標(biāo)記所有射頻卡對應(yīng)的地面物理坐標(biāo)，形成機器人預(yù)設(shè)活動區(qū)域的數(shù)字地圖的格式化數(shù)據(jù)的步驟。
[0022]本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是:
[0023]1、本定位系統(tǒng)在移動機器人預(yù)設(shè)活動區(qū)域鋪設(shè)射頻卡，并建立含有射頻卡編號與位置坐標(biāo)信息的數(shù)字地圖，通過射頻卡讀卡器讀取射頻卡信息實現(xiàn)對移動機器人的精確定位；
[0024]2、本定位方法克服了二維碼/條形碼定位時依賴二維碼/條形碼的姿態(tài)和讀碼設(shè)備精度的問題，增強了射頻卡定位的普及性、易用性和使用效果。
[0025]3、本發(fā)明設(shè)計合理，通過與運動控制系統(tǒng)配合使用，使機器人運行平穩(wěn)，運行方向明確，取得了移動機器人定位的突出效果和顯著進(jìn)步。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明基于射頻識別的移動機器人的自主精確定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2為實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖3為實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]其中:
[0030]1:射頻卡；2:讀卡器。
【具體實施方式】
[0031]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0032]本發(fā)明是基于射頻技術(shù)(Rad1Frequency Identificat1n,RFID)實現(xiàn)的。RFID技術(shù)是一種利用射頻技術(shù)實現(xiàn)的非接觸式自動識別技術(shù)。RFID射頻卡讀寫速度快、存儲容量大、能穿透非導(dǎo)電性材料，同時無源RFID射頻卡可以在非視距下進(jìn)行遠(yuǎn)距離的精確讀取，這樣就成為解決室內(nèi)定位問題的有效方案之一。
[0033]圖1為本發(fā)明基于射頻識別的移動機器人的自主精確定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，從圖1中可以看出，基于射頻識別的移動機器人的自主精確定位系統(tǒng)，包括安裝在移動機器人的定位控制器、移動機器人底部的射頻卡讀卡器及鋪設(shè)于移動機器人預(yù)設(shè)活動區(qū)域地面下的射頻卡，其中，定位控制器由微處理器和通信接口連接構(gòu)成，微處理器連接射頻卡讀卡器，微處理器通過通信接口控制射頻卡讀卡器進(jìn)行射頻卡數(shù)據(jù)讀取；所述的通信接口為無線網(wǎng)絡(luò)接口、有線網(wǎng)絡(luò)接口或RS232/RS485總線接口。微處理器與數(shù)據(jù)庫連接，所述數(shù)據(jù)庫存儲有數(shù)字地圖，所述數(shù)字地圖包含與射頻卡編號對應(yīng)的鋪設(shè)坐標(biāo)信息，用于對讀卡器讀取的射頻卡數(shù)據(jù)進(jìn)行位置匹配；還包括定位顯示模塊，所述定位顯示模塊與微處理器連接，用于在數(shù)字地圖中實時顯示機器人所處位置。
[0034]微處理器與運動控制模塊連接，運動控制模塊根據(jù)定位信息控制機器人移動的方向與速度，實現(xiàn)導(dǎo)航。
[0035]實施例1:單個讀卡器的定位方案:
[0036]如圖2所示，移動機器人內(nèi)部設(shè)置I個讀卡器2，地面按步長2cm鋪設(shè)射頻卡1，對射頻卡I的發(fā)射功率與讀卡器的接收功率進(jìn)行設(shè)置，使讀卡器對射頻卡的有效讀取距離為2mm,在同一時間內(nèi)最多只能接收I個射頻卡的發(fā)射信號；定位時，按如下步驟進(jìn)行:
[0037]在移動機器人預(yù)設(shè)活動區(qū)域地面下按步長L鋪設(shè)射頻卡，設(shè)定坐標(biāo)原點，并標(biāo)記所有射頻卡對應(yīng)的地面物理坐標(biāo)，形成機器人預(yù)設(shè)活動區(qū)域的數(shù)字地圖的格式化數(shù)據(jù)，存儲于數(shù)據(jù)庫中；
[0038]射頻卡讀卡器，實時讀取機器人所在位置地面下的射頻卡數(shù)據(jù)，當(dāng)讀卡器閱讀到某一個射頻卡時，微處理器通過通信接口接收射頻卡數(shù)據(jù)，根據(jù)射頻卡內(nèi)部記錄的物理坐標(biāo)或根據(jù)卡片序列號檢索到的此卡鋪設(shè)的物理坐標(biāo)為(Cx，Cy)，即可確定自身的物理坐標(biāo)，圖像顯示模塊實時顯示機器人在數(shù)字地圖中所處位置。
[0039]實施例2:多個讀卡器的定位方案:
[0040]本實施例中，移動機器人內(nèi)部設(shè)置4個讀卡器，如圖3所示。其定位過程與實施例中其本相同，區(qū)別之處在于:
[0041]以四讀卡器中心點為其原點建立中心坐標(biāo)系，讀卡器的中心坐標(biāo)為(Rnx, Rny),例如，讀卡器I，讀卡器2，讀卡器3、讀卡器4的中心坐標(biāo)分別為:
[0042](Rlx, Rly)，(R2x, R2y)，(R3x, R3y)，(R4x, R4y)。
[0043]當(dāng)其中一個閱讀器讀到某一個射頻卡時，根據(jù)射頻卡內(nèi)部記錄的物理坐標(biāo)或根據(jù)卡片序列號檢索到的此卡鋪設(shè)的物理坐標(biāo)為(Cx，Cy)，計算自身物理坐標(biāo)為(Cx-Rnx, Cy-Rny)。
[0044]以上所述者，僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，不能以此限定本發(fā)明實施的范圍，SP大凡依本發(fā)明申請專利范圍及發(fā)明說明內(nèi)容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發(fā)明專利涵蓋的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.基于射頻識別的移動機器人的自主精確定位系統(tǒng)，其特征在于:包括安裝在移動機器人的定位控制器、移動機器人底部的射頻卡讀卡器及鋪設(shè)于移動機器人預(yù)設(shè)活動區(qū)域地面下的射頻卡，其中， 定位控制器由微處理器和通信接口連接構(gòu)成，微處理器連接射頻卡讀卡器，微處理器通過通信接口控制射頻卡讀卡器進(jìn)行射頻卡數(shù)據(jù)讀取； 微處理器與數(shù)據(jù)庫連接，所述數(shù)據(jù)庫存儲有數(shù)字地圖，所述數(shù)字地圖包含與射頻卡編號對應(yīng)的鋪設(shè)坐標(biāo)信息，用于對讀卡器讀取的射頻卡數(shù)據(jù)進(jìn)行位置匹配； 還包括定位顯示模塊，所述定位顯示模塊與微處理器連接，用于在數(shù)字地圖中實時顯示機器人所處位置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于射頻識別的移動機器人的自主精確定位系統(tǒng)，其特征在于:所述的通信接口為無線網(wǎng)絡(luò)接口、有線網(wǎng)絡(luò)接口或RS232/RS485總線接口。3.基于射頻識別的移動機器人的自主精確定位方法，其特征在于:包括如下步驟: 51:在移動機器人預(yù)設(shè)活動區(qū)域地面下按步長L鋪設(shè)射頻卡，并建立包含射頻卡序列號以及對應(yīng)鋪設(shè)坐標(biāo)信息的數(shù)字地圖，存儲于數(shù)據(jù)庫中； 52:射頻卡讀卡器，實時讀取機器人所在位置地面下的射頻卡數(shù)據(jù)； 53:微處理器通過通信接口接收射頻卡數(shù)據(jù)； 54:在數(shù)字地圖中搜索與射頻卡數(shù)據(jù)匹配的物理坐標(biāo)； 55:圖像顯示模塊實時顯示機器人在數(shù)字地圖中所處位置。4.基于射頻卡的移動機器人的自主精確定位方法，其特征在于:步驟SI中，包含設(shè)定坐標(biāo)原點，并標(biāo)記所有射頻卡對應(yīng)的地面物理坐標(biāo)，形成機器人預(yù)設(shè)活動區(qū)域的數(shù)字地圖的格式化數(shù)據(jù)的步驟。
【文檔編號】G06K9/00GK105865437SQ201510030979
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2015年1月22日
【發(fā)明人】郭杰, 郭小璇
【申請人】青島通產(chǎn)軟件科技有限公司