一種rfid定位機(jī)器人的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種RFID定位機(jī)器人，包括機(jī)器人本體以及位于機(jī)器人本體底部的底座，關(guān)鍵在于，在所述底座上安裝有天線陣列，所述天線陣列上分布有若干天線陣列單元。本實(shí)用新型能夠?qū)崿F(xiàn)可靠的機(jī)器人室內(nèi)位置和姿態(tài)確定，通過(guò)改變RFID天線陣列的密度和RFID地標(biāo)的密度可以實(shí)現(xiàn)不同精度的定位效果，因此可以方便地在精度和成本之間做出選擇；機(jī)器人定位精度主要由安置于機(jī)器人上的RFID天線陣列決定，而對(duì)于RFID標(biāo)簽地標(biāo)的密度要求不高，因此可以極大減低本實(shí)用新型的實(shí)施成本。
【專利說(shuō)明】
一種RFID定位機(jī)器人
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于工業(yè)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種RFID定位機(jī)器人。【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)器人位置和姿態(tài)確定是機(jī)器人引導(dǎo)控制中重要的部分?，F(xiàn)有機(jī)器人定位包括無(wú)線電定位、超聲波定位、激光定位、光學(xué)定位、慣性定位等。
[0003]無(wú)線電定位一般依靠待定位點(diǎn)到多個(gè)基站的無(wú)線電傳輸時(shí)間差來(lái)進(jìn)行確定，這種定位一般比較適合室內(nèi)空曠環(huán)境，因?yàn)閺?fù)雜的室內(nèi)情況，例如墻壁、障礙物等會(huì)對(duì)無(wú)線電波形成反射或衍射，從而極大減低定位精度，目前在理想情況下，該定位法在室內(nèi)可以達(dá)到 l〇cm的定位精度，但如果有墻壁阻擋，則精度一般會(huì)降至lm。因此對(duì)于復(fù)雜的室內(nèi)情況，該定位方法精度差。
[0004]激光、超聲波和光學(xué)定位法主要依靠特定參照物距離進(jìn)行位置計(jì)算，因此如果在比較多變的環(huán)境中，例如存在其他機(jī)器人的影響或障礙物發(fā)生變化的情況下，則其位置計(jì)算將產(chǎn)生很大的偏差，因此主要應(yīng)用在避碰等場(chǎng)合。
[0005]慣性定位一般依靠高精度的陀螺儀，其成本很高，并且慣性導(dǎo)航在長(zhǎng)期運(yùn)行下會(huì)出現(xiàn)漂移，從而導(dǎo)致定位發(fā)生錯(cuò)誤，因此一般用作輔助定位手段。
[0006]也有基于RFID導(dǎo)航的方法，主要是依據(jù)RSSI(無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度)來(lái)進(jìn)行計(jì)算，利用三角定位法根據(jù)標(biāo)簽的信號(hào)強(qiáng)度來(lái)計(jì)算機(jī)器人位置。而無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度本身容易受到外界干擾并且定位精度很低，因此也難以用作機(jī)器人位置和姿態(tài)的準(zhǔn)確計(jì)算。并且該方法只能用于機(jī)器人位置的確定，對(duì)于機(jī)器人姿態(tài)，即朝向無(wú)法確定。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種RFID定位機(jī)器人，本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案為:
[0008]一種RFID定位機(jī)器人，包括機(jī)器人本體以及位于機(jī)器人本體底部的底座，關(guān)鍵是， 在所述底座上安裝有天線陣列，所述天線陣列上分布有若干天線陣列單元。
[0009]本實(shí)用新型進(jìn)一步的技術(shù)方案還包括:[〇〇1〇]所述天線陣列朝向RFID標(biāo)簽，所述天線陣列單元的密度可調(diào)。
[0011]所述天線陣列分別連接行多路選通開(kāi)關(guān)和列多路選通開(kāi)關(guān)，所述行多路選通開(kāi)關(guān)和列多路選通開(kāi)關(guān)分別通過(guò)天線與RFID射頻芯片連接，在行多路選通開(kāi)關(guān)和列多路選通開(kāi)關(guān)之間設(shè)有天線切換控制器。
[0012]所述天線陣列單元的面積小于單個(gè)RFID標(biāo)簽的面積。
[0013]所述天線陣列至少覆蓋兩個(gè)RFID標(biāo)簽。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益技術(shù)效果為:本實(shí)用新型能夠?qū)崿F(xiàn)可靠的機(jī)器人室內(nèi)位置和姿態(tài)確定。通過(guò)改變RFID天線陣列的密度和RFID地標(biāo)的密度可以實(shí)現(xiàn)不同精度的定位效果，因此可以方便地在精度和成本之間做出選擇。另外，由于采用近場(chǎng)通信，并且定位不依靠信號(hào)強(qiáng)度，因此抗電磁干擾能力強(qiáng)。由于RFID標(biāo)簽的固定性，因此該定位方式不存在類似慣性導(dǎo)航那樣的漂移問(wèn)題，也不存在光學(xué)、視覺(jué)導(dǎo)航等的容易受到障礙物變化而出現(xiàn)定位錯(cuò)誤的問(wèn)題。機(jī)器人定位精度主要由安置于機(jī)器人上的RFID天線陣列決定， 而對(duì)于RFID標(biāo)簽地標(biāo)的密度要求不高，因此可以極大減低本實(shí)用新型的實(shí)施成本?！靖綀D說(shuō)明】[0〇15]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0016]圖2為本實(shí)用新型中天線陣列的控制結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖3為本實(shí)用新型一實(shí)施例中天線陣列的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖4為本實(shí)用新型一實(shí)施例中RFID標(biāo)簽的結(jié)構(gòu)示意圖；[〇〇19]圖5為本實(shí)用新型一實(shí)施例中天線陣列與RFID標(biāo)簽的相對(duì)位置示意圖；
[0020]圖1中:1-天線陣列單元;2-底座;3-機(jī)器人本體;4-天線陣列;5-輪。【具體實(shí)施方式】
[0021]下面將結(jié)合附圖，進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】。[〇〇22] 請(qǐng)參閱圖1，本實(shí)用新型一種RFID定位機(jī)器人，包括機(jī)器人本體以及位于機(jī)器人本體底部的底座，在所述底座上安裝有天線陣列，天線陣列上分布有若干天線陣列單元。其中，天線陣列作為RFID讀取器，用于讀取RFID標(biāo)簽的信息，天線陣列單元用于RFID標(biāo)簽坐標(biāo)以及角度信息的讀取和精確計(jì)算。[〇〇23] 本實(shí)用新型中，RFID標(biāo)簽為無(wú)源RFID標(biāo)簽，安置于地面上，標(biāo)簽內(nèi)容記錄了該處位置信息；安裝于移動(dòng)機(jī)器人底座的RFID天線陣列和控制器，用于激活不同的天線陣列單元進(jìn)行RFID標(biāo)簽的讀取；[〇〇24]首先，在機(jī)器人工作區(qū)域地面上內(nèi)根據(jù)天線陣列尺寸鋪設(shè)RFID標(biāo)簽，要求將每個(gè)地標(biāo)坐標(biāo)信息寫(xiě)入RFID標(biāo)簽，并且在機(jī)器人RFID天線陣列內(nèi)能夠至少覆蓋2個(gè)RFID標(biāo)簽，天線陣列單元的面積小于單個(gè)RFID標(biāo)簽的面積，保證了單個(gè)RFID標(biāo)簽?zāi)軌虮欢鄠€(gè)天線陣列單元讀取，可有效提高機(jī)器人的定位精度。[〇〇25]機(jī)器人下方安裝面向地面的RFID天線陣列，其讀取朝向和地面RFID標(biāo)簽一致。 [〇〇26]工作時(shí)，機(jī)器人利用掃描方式依次激活RFID天線陣列單元，用于尋找地面RFID標(biāo)簽和讀取相關(guān)標(biāo)簽的坐標(biāo)信息。當(dāng)機(jī)器人讀取到RFID標(biāo)簽的地標(biāo)信息時(shí)，就能夠根據(jù)此時(shí)激活的天線陣列單元的位置和RFID地標(biāo)坐標(biāo)信息計(jì)算出機(jī)器人的位置。[〇〇27]當(dāng)機(jī)器人讀取到兩個(gè)不同的RFID標(biāo)簽時(shí)，就可以根據(jù)各自對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)和激活的天線陣列單元計(jì)算出機(jī)器人的位置和姿態(tài)。[〇〇28] 請(qǐng)參閱圖2、圖3、圖4，RFID標(biāo)簽鋪設(shè)于地面，標(biāo)簽中對(duì)應(yīng)寫(xiě)入下方的坐標(biāo)信息，如 (1，1)，(2，1)，...，(4,3)，(4,4);天線陣列上分布若干天線陣列單元，我們對(duì)天線陣列單元進(jìn)行編號(hào)并記錄，依次為A1，A2，A3,...H1，H2,...，H8;本實(shí)用新型中，天線陣列分別連接行多路選通開(kāi)關(guān)和列多路選通開(kāi)關(guān)，所述行多路選通開(kāi)關(guān)和列多路選通開(kāi)關(guān)分別通過(guò)天線與 RFID射頻芯片連接，在行多路選通開(kāi)關(guān)和列多路選通開(kāi)關(guān)之間設(shè)有天線切換控制器。其中， 天線切換控制器分別控制列選通和行選通，對(duì)天線矩陣進(jìn)行切換，例如如果要選擇B2天線， 則列多路選通開(kāi)關(guān)選通B，行多路選通開(kāi)關(guān)選通2,則將RFID射頻芯片的天線和B2接通，利用B2天線尋找和讀取RFID標(biāo)簽。[〇〇29]請(qǐng)參閱圖5,機(jī)器人利用掃描方式依次激活天線陣列單元A1-H8進(jìn)行RFID標(biāo)簽尋找和讀取，并且將內(nèi)容進(jìn)行記錄;完成一輪掃描后，即可根據(jù)讀取的結(jié)果進(jìn)行機(jī)器人位置和姿態(tài)計(jì)算。
[0030]當(dāng)機(jī)器人處于該位置時(shí)，可以掃描到如下信息:
[0031]C2—(2,3)，H2—(3,4)，E4—(3,3)，G7—(4,3)，同時(shí)，由于RFID的讀取范圍存在一定的不確定性，例如有可能相鄰天線同時(shí)掃描到一個(gè)RFID標(biāo)簽，例如出現(xiàn)B6，C6，B7，C7均掃描到(3,2)標(biāo)簽，C2掃描到(2,3)標(biāo)簽。因此利用掃描信息直接計(jì)算位置會(huì)造成計(jì)算沖突，所以利用下述算法進(jìn)行計(jì)算以消除這種不確定性:
[0032]1:選取不重復(fù)的兩點(diǎn)讀取到的標(biāo)簽和對(duì)應(yīng)的天線位置，由兩點(diǎn)確定一條直線的規(guī)貝1J，計(jì)算出機(jī)器人的中心位置(XI，Y1)和角度(01);
[0033] 2:如果還有其他天線或標(biāo)簽配對(duì)，則選取另外一組組合，計(jì)算出機(jī)器人的中心位置(X2，Y2)和角度(02);
[0034] 3:重復(fù)上述過(guò)程，直至最后一組組合可能均被計(jì)算完成，得到機(jī)器人的中心位置 (Xn，Yn)和角度(0n);
[0035]4:最后，將所有位置和角度取平均值，得到機(jī)器人位置:
[0036]X=(X1+X2+....+Xn)/n
[0037]Y=(Y1+Y2+....+Yn)/n
[0038]0 = (01+02+.+0n)/n。[〇〇39]上述算法解決了在計(jì)算位置過(guò)程中，同一個(gè)RFID標(biāo)簽被多個(gè)天線讀取后引起的位置計(jì)算沖突，同時(shí)，也利用多個(gè)天線的冗余信息更好地校正了機(jī)器人位置和姿態(tài)的計(jì)算結(jié)果，提升了定位精度。
[0040]因此，在RFID標(biāo)簽鋪設(shè)密度一定的情況下，機(jī)器人的定位精度主要靠RFID天線陣列的尺寸和密度決定，因此可以在定位精度和成本之間獲取很高的性價(jià)比。
[0041]以上僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并不用以限制本實(shí)用新型，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)，其他凡其結(jié)構(gòu)和原理與本實(shí)用新型相同或者相似的，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種RFID定位機(jī)器人，包括機(jī)器人本體以及位于機(jī)器人本體底部的底座，其特征在 于，在所述底座上安裝有天線陣列，所述天線陣列上分布有若干天線陣列單元。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種RFID定位機(jī)器人，其特征在于，所述天線陣列朝向RFID標(biāo) 簽，所述天線陣列單元的密度可調(diào)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種RFID定位機(jī)器人，其特征在于，所述天線陣列分別連接行 多路選通開(kāi)關(guān)和列多路選通開(kāi)關(guān)，所述行多路選通開(kāi)關(guān)和列多路選通開(kāi)關(guān)分別通過(guò)天線與 RFID射頻芯片連接，在行多路選通開(kāi)關(guān)和列多路選通開(kāi)關(guān)之間設(shè)有天線切換控制器。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種RFID定位機(jī)器人，其特征在于，所述天線陣列單元的面積 小于單個(gè)RFID標(biāo)簽的面積。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的一種RFID定位機(jī)器人，其特征在于，所述天線陣列至 少覆蓋兩個(gè)RFID標(biāo)簽。
【文檔編號(hào)】G05D1/02GK205656497SQ201620124338
【公開(kāi)日】2016年10月19日
【申請(qǐng)日】2016年2月17日 公開(kāi)號(hào)201620124338.2, CN 201620124338, CN 205656497 U, CN 205656497U, CN-U-205656497, CN201620124338, CN201620124338.2, CN205656497 U, CN205656497U
【發(fā)明人】朱陽(yáng)
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