一種基于rfid的機(jī)器人位置姿態(tài)確定方法
【專利說明】一種基于RF ID的機(jī)器人位置姿態(tài)確定方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明屬于工業(yè)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種基于RFID的機(jī)器人位置姿態(tài)確定方法。
【背景技術(shù)】
[0003]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。現(xiàn)有機(jī)器人定位包括無線電定位、超聲波定位、激光定位、光學(xué)定位、慣性定位等。
[0004]無線電定位一般依靠待定位點到多個基站的無線電傳輸時間差來進(jìn)行確定，這種定位一般比較適合室內(nèi)空曠環(huán)境，因為復(fù)雜的室內(nèi)情況，例如墻壁、障礙物等會對無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1cm的定位精度，但如果有墻壁阻擋，則精度一般會降至lm。因此對于復(fù)雜的室內(nèi)情況，該定位方法精度差。
[0005]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，則其位置計算將產(chǎn)生很大的偏差，因此主要應(yīng)用在避碰等場合。
[0006]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)航在長期運(yùn)行下會出現(xiàn)漂移，從而導(dǎo)致定位發(fā)生錯誤，因此一般用作輔助定位手段。
[0007]也有基于RFID導(dǎo)航的方法，主要是依據(jù)RSSI(無線信號強(qiáng)度)來進(jìn)行計算，利用三角定位法根據(jù)標(biāo)簽的信號強(qiáng)度來計算機(jī)器人位置。而無線信號強(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)確計算。并且該方法只能用于機(jī)器人位置的確定，對于機(jī)器人姿態(tài)，即朝向無法確定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[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RFID的機(jī)器人位置姿態(tài)確定方法，本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案為:
一種基于RFID的機(jī)器人位置姿態(tài)確定方法，包括以下步驟:si:在地面鋪設(shè)RFID標(biāo)簽，所述RFID標(biāo)簽內(nèi)容記錄了該處的位置信息；s2:在機(jī)器人的下方安裝面向地面的天線陣列，所述天線陣列上分布有若干天線陣列單元，所述天線陣列至少覆蓋2個RFID標(biāo)簽；
s3:機(jī)器人利用掃描方式依次激活所述天線陣列單元，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，并將內(nèi)容進(jìn)行記錄；
s4:當(dāng)機(jī)器人讀取到RFID標(biāo)簽的地標(biāo)信息時，就能夠根據(jù)此時激活的天線陣列單元的位置和RFID地標(biāo)坐標(biāo)信息計算出機(jī)器人的位置；
當(dāng)機(jī)器人讀取到兩個不同的RFID標(biāo)簽時，就可以根據(jù)各自對應(yīng)的坐標(biāo)和激活的天線陣列單元計算出機(jī)器人的位置和姿態(tài)。
[0009]本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案還包括:
在步驟s4中，若相鄰天線陣列單元同時掃描到一個RFID標(biāo)簽，則采用以下方法計算機(jī)器人的位置和姿態(tài):
al:選取不重復(fù)的兩點讀取到的RFID標(biāo)簽和對應(yīng)的天線陣列單元位置，由兩點確定一條直線的規(guī)則，計算出機(jī)器人的中心位置(XI，Y1)和角度(Θ1);
a2:如果還有其他天線陣列單元或RFID標(biāo)簽配對，則選取另外一組組合，計算出機(jī)器人的中心位置(X2，Y2)和角度(Θ2);
a3:重復(fù)上述過程，直至最后一組組合可能均被計算完成，得到機(jī)器人的中心位置(Χη，Yn)和角度(θη);
a4:最后，將所有位置和角度取平均值，得到機(jī)器人位置，
X=(X1+X2+......+Xn)/n
Y=(Y1+Y2+......+Υη)/η
Θ=(Θ1+Θ2+......+θη)/η。
[0010]在步驟Si之前，還包括對天線陣列的尺寸和密度進(jìn)行選取的步驟，所述天線陣列的尺寸和密度可調(diào)，所述RFID標(biāo)簽的尺寸和密度也是可以調(diào)節(jié)的。
[0011]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由天線陣列的尺寸和密度決定。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益技術(shù)效果為:本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)可靠的機(jī)器人室內(nèi)位置和姿態(tài)確定。通過改變RFID天線陣列的密度和RFID地標(biāo)的密度可以實現(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，由于采用近場通信，并且定位不依靠信號強(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)航那樣的漂移問題，也不存在光學(xué)、視覺導(dǎo)航等的容易受到障礙物變化而出現(xiàn)定位錯誤的問題。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，而對于RFID標(biāo)簽地標(biāo)的密度要求不高，因此可以極大減低本發(fā)明的實施成本。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明使用的機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明中天線陣列的控制結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明一實施例中天線陣列的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為本發(fā)明一實施例中RFID標(biāo)簽的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5為本發(fā)明一實施例中天線陣列與RFID標(biāo)簽的相對位置不意圖。
[0014]
【具體實施方式】
[0015]下面將結(jié)合附圖，進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0016]本發(fā)明一種基于RFID的機(jī)器人位置姿態(tài)確定方法，包括以下步驟:
S1:在地面鋪設(shè)RFID標(biāo)簽，其中RFID標(biāo)簽內(nèi)容記錄了該處的位置信息；
s2:在機(jī)器人的下方安裝面向地面的天線陣列，在天線陣列上分布有若干天線陣列單元，天線陣列至少覆蓋2個RFID標(biāo)簽，本發(fā)明中，天線陣列單元的面積小于單個RFID標(biāo)簽的面積，保證了單個RFID標(biāo)簽?zāi)軌虮欢鄠€天線陣列單元讀取，可有效提高機(jī)器人的定位精度；s3:機(jī)器人利用掃描方式依次激活天線陣列單元，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，并將內(nèi)容進(jìn)行記錄；
s4:當(dāng)機(jī)器人讀取到RFID標(biāo)簽的地標(biāo)信息時，就能夠根據(jù)此時激活的天線陣列單元的位置和RFID地標(biāo)坐標(biāo)信息計算出機(jī)器人的位置；
當(dāng)機(jī)器人讀取到兩個不同的RFID標(biāo)簽時，就可以根據(jù)各自對應(yīng)的坐標(biāo)和激活的天線陣列單元計算出機(jī)器人的位置和姿態(tài)。
[0017]請參閱圖2、圖3、圖4，將RFID標(biāo)簽鋪設(shè)于地面，標(biāo)簽中對應(yīng)寫入下方的坐標(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，我們對天線陣列單元進(jìn)行編號并記錄，依次為六142^3，...H1，H2，...，H8;本發(fā)明中，天線陣列分別連接行多路選通開關(guān)和列多路選通開關(guān)，所述行多路選通開關(guān)和列多路選通開關(guān)分別通過天線與RFID射頻芯片連接，在行多路選通開關(guān)和列多路選通開關(guān)之間設(shè)有天線切換控制器。其中