專利名稱：基于有源rfid的室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人定位系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航定位領(lǐng)域，特別涉及一種基于有源RFID的室內(nèi)移動(dòng) 機(jī)器人定位系統(tǒng)和方法，具體的說是通過RFID讀寫器讀取RFID標(biāo)簽信息，并據(jù)此進(jìn)行移動(dòng) 機(jī)器人定位的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
目前在室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人上應(yīng)用較多的定位技術(shù)主要有超聲、激光、紅外測距等距 離傳感器定位、電磁傳感定位、衛(wèi)星定位(GPS)等。這些定位方法都會(huì)受到諸如環(huán)境、氣候、 光照等因素的影響，使用范圍受到限制。超聲、激光、紅外測距等距離傳感器的定位方法受 傳感器精度影響較大；電磁傳感器定位需要在機(jī)器人需定位的道路上鋪設(shè)磁條，工程量巨 大，而且磁條在濕熱天氣下退磁較快，有些環(huán)境還不允許鋪設(shè)磁條；GPS定位準(zhǔn)確，但是不 能出現(xiàn)遮擋情況，不適合室內(nèi)環(huán)境中的定位。室內(nèi)環(huán)境中的移動(dòng)機(jī)器人定位導(dǎo)航技術(shù)具有定位精度要求高、環(huán)境復(fù)雜的特點(diǎn)， 以上這些方法都不適用。RFID(Radio Frequency Identification)射頻識別是一種非接觸式的自動(dòng)識別 技術(shù)，它通過射頻信號自動(dòng)識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預(yù)，可工作 于各種惡劣環(huán)境，RFID技術(shù)可識別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識別多個(gè)標(biāo)簽，操作快捷方便。如 果結(jié)合此種技術(shù)對現(xiàn)有移動(dòng)機(jī)器人定位導(dǎo)航方法進(jìn)行改進(jìn)是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)背景技術(shù)所述，本發(fā)明的目的在于避免上述不足，提供一種基于RFID自動(dòng)識 別技術(shù)，可保證移動(dòng)機(jī)器人快速、精確定位，而且標(biāo)簽布置簡單，易于實(shí)施的基于有源RFID 的室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人定位系統(tǒng)和方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的—種基于有源RFID的室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人定位系統(tǒng)，主要由移動(dòng)機(jī)器人(1)、有源 RFID讀寫器(2)、RFID天線(3)、有源RFID標(biāo)簽(4)及移動(dòng)機(jī)器人行走路徑(5)組成，其 中所述RFID天線(3)安裝在移動(dòng)機(jī)器人(1)的頂部，有源RFID讀寫器(2)安裝在移動(dòng)機(jī) 器人(1)中部，有源RFID讀寫器(2)通過串口與移動(dòng)機(jī)器人(1)控制器連接，若干個(gè)有源 RFID標(biāo)簽(4)布置在移動(dòng)機(jī)器人(1)行走路徑(5)兩側(cè)。室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人定位方法如下移動(dòng)機(jī)器人(1)在進(jìn)入定位區(qū)后，有源RFID讀寫 器(2)掃描設(shè)置在機(jī)器人行走路徑(5)兩側(cè)的有源RFID標(biāo)簽(4)，提取各自有源RFID標(biāo)簽 (4)的電子編碼ID以及信號強(qiáng)度值RSSI，根據(jù)每個(gè)有源RFID標(biāo)簽(4)代表的事先確定的 位置坐標(biāo)，以及通過算法確定的有源RFID讀寫器(2)相距各個(gè)有源RFID標(biāo)簽(4)的距離， 根據(jù)獲得的標(biāo)簽個(gè)數(shù)分別采用概率法、三邊測量法及極大似然估計(jì)法確定移動(dòng)機(jī)器人(1) 的位置，從而實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)器人(1)的定位。由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和效果
1、本發(fā)明能使移動(dòng)機(jī)器人定位速度快，定位精度高(< 0.5m)，標(biāo)簽布置簡單，所 用標(biāo)簽少，易于實(shí)施。2、本發(fā)明造價(jià)低廉，使用維護(hù)與修理簡易。


圖1為本發(fā)明定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意2為本發(fā)明采用概率法定位示意3為本發(fā)明采用三邊測量法定位示意4為本發(fā)明采用極大似然估計(jì)法示意5為本發(fā)明移動(dòng)機(jī)器人定位方法工作流程圖
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。如圖1所示，基于有源RFID的室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人定位系統(tǒng)，主要由移動(dòng)機(jī)器人1、有 源RFID讀寫器2、RFID天線3、有源RFID標(biāo)簽4及移動(dòng)機(jī)器人行走路徑5組成，其中全向 RFID天線3通過磁性底座安裝在可自主移動(dòng)的輪式移動(dòng)機(jī)器人1的頂部，HR6020型有源 RFID讀寫器2安裝在移動(dòng)機(jī)器人1中部并隨著機(jī)器人移動(dòng)，有源RFID讀寫器2通過串口與 移動(dòng)機(jī)器人1控制器連接，若干個(gè)WS-HT06有源RFID標(biāo)簽4在綜合考慮概率法、三邊測量 法及極大似然估計(jì)法的標(biāo)簽分布規(guī)律后，合理布置在移動(dòng)機(jī)器人1行走路徑5兩側(cè)，布置的 方法可以用雙面膠或其他物體粘在墻上，并安裝上紐扣電池。另知，本發(fā)明采用的HR6020型有源RFID讀寫器可以通過修改指令設(shè)置來改寫標(biāo) 簽的ID號、上傳時(shí)間間隔，并可通過RSSI值進(jìn)行無線電定位，讀寫器與上位機(jī)通訊采用 RS232接口，抗沖突能力強(qiáng)，在10秒鐘內(nèi)能讀到不低于100張卡。如圖5所示，移動(dòng)機(jī)器人1在進(jìn)入定位區(qū)后，有源RFID讀寫器2掃描設(shè)置在識別 范圍內(nèi)機(jī)器人行走路徑5兩側(cè)的有源RFID標(biāo)簽(4)，提取各自有源RFID標(biāo)簽4的電子編碼 ID以及信號強(qiáng)度值RSSI，根據(jù)每個(gè)有源RFID標(biāo)簽4代表的事先確定的位置坐標(biāo)，以及通過 算法確定的有源RFID讀寫器2相距各個(gè)有源RFID標(biāo)簽4的距離，根據(jù)獲得的標(biāo)簽個(gè)數(shù)分 別采用概率法、三邊測量法及極大似然估計(jì)法確定移動(dòng)機(jī)器人1的位置，從而實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī) 器人1的定位。本發(fā)明具體的定位過程是1、在移動(dòng)機(jī)器人1行走路徑5中布置有源RFID標(biāo)簽4，測量各個(gè)標(biāo)簽的坐標(biāo)位置 后，將坐標(biāo)值存儲在移動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中，在定位時(shí)根據(jù)讀取的標(biāo)簽號獲得相 應(yīng)的坐標(biāo)。2、在待定位的環(huán)境中，有源RFID讀寫器2先發(fā)出搜索標(biāo)簽信號，有源RFID標(biāo)簽4 收到信號后，向讀寫器發(fā)出標(biāo)簽信息，其中包括標(biāo)簽的ID和信號強(qiáng)度RSSI信息，根據(jù)信號 衰減的原理確定信號強(qiáng)度與距離的函數(shù)關(guān)系，然后根據(jù)讀回的信號強(qiáng)度值RSSI得到RFID 讀寫器2與各個(gè)標(biāo)簽的計(jì)算距離。3、在已知各個(gè)有源RFID標(biāo)簽4的坐標(biāo)以及相距讀寫器的距離后，根據(jù)采集到的標(biāo) 簽個(gè)數(shù)采用不同的定位算法，獲得的標(biāo)簽個(gè)數(shù)為1-2時(shí)，采用概率法定位，獲得的標(biāo)簽個(gè)數(shù)為3時(shí)，采用三邊測量法定位，獲得的標(biāo)簽個(gè)數(shù)為≥ 4時(shí)，采用極大似然估計(jì)法定位，得到讀 寫器的坐標(biāo)值，由于有源RFID讀寫器2安裝在移動(dòng)機(jī)器人1上，因此讀寫器的坐標(biāo)就代表 了移動(dòng)機(jī)器人的位置，實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)機(jī)器人的定位。圖2為本發(fā)明概率法定位示意圖，其原理是在離線訓(xùn)練狀態(tài)，對每個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信 號強(qiáng)度的實(shí)測構(gòu)建無線信號強(qiáng)度地圖。在線定位時(shí)，采集各個(gè)AP的無線信號強(qiáng)度，與無線 信號強(qiáng)度地圖中的數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，計(jì)算完采集到的信號強(qiáng)度在各參考點(diǎn)概率P(x，y)后，取 值最大的P (χ，y)，把它對應(yīng)的坐標(biāo)(χ，y)作為估計(jì)位置，從而實(shí)現(xiàn)定位。圖3為本發(fā)明三邊測量定位法示意圖，其原理是若已知三個(gè)節(jié)點(diǎn)A、B、C的坐標(biāo)， 以及他們到未知節(jié)點(diǎn)T的距離，根據(jù)兩點(diǎn)間距離公式聯(lián)立方程組，解方程組即可得到未知 節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。圖4為本發(fā)明極大似然估計(jì)法示意圖，其原理是若已知四個(gè)節(jié)點(diǎn)A、B、C、D的坐 標(biāo)，以及他們到未知節(jié)點(diǎn)T的距離，根據(jù)兩點(diǎn)間距離公式聯(lián)立方程組，使用標(biāo)準(zhǔn)的最小方差 估計(jì)法可以得到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)T的坐標(biāo)。
權(quán)利要求
一種基于有源RFID的室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人定位系統(tǒng)，主要由移動(dòng)機(jī)器人(1)、有源RFID讀寫器(2)、RFID天線(3)、有源RFID標(biāo)簽(4)及移動(dòng)機(jī)器人行走路徑(5)組成，其特征在于所述RFID天線(3)安裝在移動(dòng)機(jī)器人(1)的頂部，有源RFID讀寫器(2)安裝在移動(dòng)機(jī)器人(1)中部，有源RFID讀寫器(2)通過串口與移動(dòng)機(jī)器人(1)控制器連接，若干個(gè)有源RFID標(biāo)簽(4)布置在移動(dòng)機(jī)器人(1)行走路徑(5)兩側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于有源RFID的室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人定位系統(tǒng)，其特征在于所 述的移動(dòng)機(jī)器人(1)為可自主移動(dòng)的輪式移動(dòng)機(jī)器人。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于有源RFID的室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人定位系統(tǒng)，其特征在于所 述的有源RFID讀寫器(2)為HR6020型有源RFID讀寫器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于有源RFID的室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人定位系統(tǒng)，其特征在于所 述的RFID天線(3)為全向天線。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于有源RFID的室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人定位系統(tǒng)，其特征在于所 述的有源RFID標(biāo)簽(4)為有源RFID標(biāo)簽，型號為WS-HT06。
6.一種基于有源RFID的室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人定位方法，其步驟如下移動(dòng)機(jī)器人(1)在進(jìn) 入定位區(qū)后，有源RFID讀寫器(2)掃描設(shè)置在機(jī)器人行走路徑(5)兩側(cè)的有源RFID標(biāo)簽 (4)，提取各自有源RFID標(biāo)簽(4)的電子編碼ID以及信號強(qiáng)度值RSSI，根據(jù)每個(gè)有源RFID 標(biāo)簽(4)代表的事先確定的位置坐標(biāo)，以及通過算法確定的有源RFID讀寫器(2)相距各個(gè) 有源RFID標(biāo)簽(4)的距離，根據(jù)獲得的標(biāo)簽個(gè)數(shù)分別采用概率法、三邊測量法及極大似然 估計(jì)法確定移動(dòng)機(jī)器人(1)的位置，從而實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)器人(1)的定位。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于有源RFID的室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人定位方法，其特征在于所 述的獲得的標(biāo)簽個(gè)數(shù)為1-2時(shí)，采用概率法定位。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于有源RFID的室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人定位方法，其特征在于所 述的獲得的標(biāo)簽個(gè)數(shù)為3時(shí)，采用三邊測量法定位。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于有源RFID的室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人定位方法，其特征在于所 述的獲得的標(biāo)簽個(gè)數(shù)為> 4時(shí)，采用極大似然估計(jì)法定位。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于有源RFID的室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人定位系統(tǒng)和方法，主要由移動(dòng)機(jī)器人(1)，有源RFID讀寫器(2)，RFID天線(3)和有源RFID標(biāo)簽(4)組成，其中有源RFID讀寫器(2)安裝在移動(dòng)機(jī)器人(1)中部，RFID天線(3)安裝在移動(dòng)機(jī)器人的頂部，有源RFID標(biāo)簽(4)合理布置在移動(dòng)機(jī)器人(1)行走路徑(5)的兩側(cè)；移動(dòng)機(jī)器人(1)進(jìn)入定位區(qū)后，有源RFID讀寫器(2)掃描周圍的有源RFID標(biāo)簽(4)，提取各自標(biāo)簽的電子編碼以及信號強(qiáng)度值，根據(jù)每個(gè)標(biāo)簽代表的事先確定的位置坐標(biāo)，以及通過算法確定的有源RFID讀寫器(2)距離各個(gè)有源RFID標(biāo)簽(4)的距離來確定移動(dòng)機(jī)器人(1)的位置。本發(fā)明保證移動(dòng)機(jī)器人定位速度快，定位精度高，標(biāo)簽布置簡單，所用標(biāo)簽少，易于實(shí)施。
文檔編號G01S13/74GK101957447SQ200910089308
公開日2011年1月26日 申請日期2009年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月16日
發(fā)明者任福君, 何偉, 蘭云峰, 劉淑晶, 姜永成, 王偉, 王殿君 申請人:北京石油化工學(xué)院