一種rfid定位機器人的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種RFID定位機器人，包括機器人本體以及位于機器人本體底部的底座，關鍵在于，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。本實用新型能夠實現(xiàn)可靠的機器人室內位置和姿態(tài)確定，通過改變RFID天線陣列的密度和RFID地標的密度可以實現(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；機器人定位精度主要由安置于機器人上的RFID天線陣列決定，而對于RFID標簽地標的密度要求不高，因此可以極大減低本實用新型的實施成本。
【專利說明】
一種RFID定位機器人
技術領域
[0001]本實用新型屬于工業(yè)機器人技術領域，具體是涉及一種RFID定位機器人?！颈尘凹夹g】
[0002]機器人位置和姿態(tài)確定是機器人引導控制中重要的部分?，F(xiàn)有機器人定位包括無線電定位、超聲波定位、激光定位、光學定位、慣性定位等。
[0003]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行確定，這種定位一般比較適合室內空曠環(huán)境，因為復雜的室內情況，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，該定位法在室內可以達到 l〇cm的定位精度，但如果有墻壁阻擋，則精度一般會降至lm。因此對于復雜的室內情況，該定位方法精度差。
[0004]激光、超聲波和光學定位法主要依靠特定參照物距離進行位置計算，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，則其位置計算將產生很大的偏差，因此主要應用在避碰等場合。
[0005]慣性定位一般依靠高精度的陀螺儀，其成本很高，并且慣性導航在長期運行下會出現(xiàn)漂移，從而導致定位發(fā)生錯誤，因此一般用作輔助定位手段。
[0006]也有基于RFID導航的方法，主要是依據(jù)RSSI(無線信號強度)來進行計算，利用三角定位法根據(jù)標簽的信號強度來計算機器人位置。而無線信號強度本身容易受到外界干擾并且定位精度很低，因此也難以用作機器人位置和姿態(tài)的準確計算。并且該方法只能用于機器人位置的確定，對于機器人姿態(tài)，即朝向無法確定。
【發(fā)明內容】

[0007]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種RFID定位機器人，本實用新型解決其技術問題采用的技術方案為:
[0008]一種RFID定位機器人，包括機器人本體以及位于機器人本體底部的底座，關鍵是， 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]本實用新型進一步的技術方案還包括:[〇〇1〇]所述天線陣列朝向RFID標簽，所述天線陣列單元的密度可調。
[0011]所述天線陣列分別連接行多路選通開關和列多路選通開關，所述行多路選通開關和列多路選通開關分別通過天線與RFID射頻芯片連接，在行多路選通開關和列多路選通開關之間設有天線切換控制器。
[0012]所述天線陣列單元的面積小于單個RFID標簽的面積。
[0013]所述天線陣列至少覆蓋兩個RFID標簽。
[0014]與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的有益技術效果為:本實用新型能夠實現(xiàn)可靠的機器人室內位置和姿態(tài)確定。通過改變RFID天線陣列的密度和RFID地標的密度可以實現(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度，因此抗電磁干擾能力強。由于RFID標簽的固定性，因此該定位方式不存在類似慣性導航那樣的漂移問題，也不存在光學、視覺導航等的容易受到障礙物變化而出現(xiàn)定位錯誤的問題。機器人定位精度主要由安置于機器人上的RFID天線陣列決定， 而對于RFID標簽地標的密度要求不高，因此可以極大減低本實用新型的實施成本?！靖綀D說明】[0〇15]圖1為本實用新型的結構不意圖；
[0016]圖2為本實用新型中天線陣列的控制結構示意圖；
[0017]圖3為本實用新型一實施例中天線陣列的結構示意圖；
[0018]圖4為本實用新型一實施例中RFID標簽的結構示意圖；[〇〇19]圖5為本實用新型一實施例中天線陣列與RFID標簽的相對位置示意圖；
[0020]圖1中:1-天線陣列單元;2-底座;3-機器人本體;4-天線陣列;5-輪?！揪唧w實施方式】
[0021]下面將結合附圖，進一步詳細說明本實用新型的【具體實施方式】。[〇〇22] 請參閱圖1，本實用新型一種RFID定位機器人，包括機器人本體以及位于機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標簽的信息，天線陣列單元用于RFID標簽坐標以及角度信息的讀取和精確計算。[〇〇23] 本實用新型中，RFID標簽為無源RFID標簽，安置于地面上，標簽內容記錄了該處位置信息；安裝于移動機器人底座的RFID天線陣列和控制器，用于激活不同的天線陣列單元進行RFID標簽的讀?。籟〇〇24]首先，在機器人工作區(qū)域地面上內根據(jù)天線陣列尺寸鋪設RFID標簽，要求將每個地標坐標信息寫入RFID標簽，并且在機器人RFID天線陣列內能夠至少覆蓋2個RFID標簽，天線陣列單元的面積小于單個RFID標簽的面積，保證了單個RFID標簽能夠被多個天線陣列單元讀取，可有效提高機器人的定位精度。[〇〇25]機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標簽一致。 [〇〇26]工作時，機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標簽和讀取相關標簽的坐標信息。當機器人讀取到RFID標簽的地標信息時，就能夠根據(jù)此時激活的天線陣列單元的位置和RFID地標坐標信息計算出機器人的位置。[〇〇27]當機器人讀取到兩個不同的RFID標簽時，就可以根據(jù)各自對應的坐標和激活的天線陣列單元計算出機器人的位置和姿態(tài)。[〇〇28] 請參閱圖2、圖3、圖4，RFID標簽鋪設于地面，標簽中對應寫入下方的坐標信息，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行編號并記錄，依次為A1，A2，A3,...H1，H2,...，H8;本實用新型中，天線陣列分別連接行多路選通開關和列多路選通開關，所述行多路選通開關和列多路選通開關分別通過天線與 RFID射頻芯片連接，在行多路選通開關和列多路選通開關之間設有天線切換控制器。其中， 天線切換控制器分別控制列選通和行選通，對天線矩陣進行切換，例如如果要選擇B2天線， 則列多路選通開關選通B，行多路選通開關選通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標簽。[〇〇29]請參閱圖5,機器人利用掃描方式依次激活天線陣列單元A1-H8進行RFID標簽尋找和讀取，并且將內容進行記錄;完成一輪掃描后，即可根據(jù)讀取的結果進行機器人位置和姿態(tài)計算。
[0030]當機器人處于該位置時，可以掃描到如下信息:
[0031]C2—(2,3)，H2—(3,4)，E4—(3,3)，G7—(4,3)，同時，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掃描到一個RFID標簽，例如出現(xiàn)B6，C6，B7，C7均掃描到(3,2)標簽，C2掃描到(2,3)標簽。因此利用掃描信息直接計算位置會造成計算沖突，所以利用下述算法進行計算以消除這種不確定性:
[0032]1:選取不重復的兩點讀取到的標簽和對應的天線位置，由兩點確定一條直線的規(guī)貝1J，計算出機器人的中心位置(XI，Y1)和角度(01);
[0033] 2:如果還有其他天線或標簽配對，則選取另外一組組合，計算出機器人的中心位置(X2，Y2)和角度(02);
[0034] 3:重復上述過程，直至最后一組組合可能均被計算完成，得到機器人的中心位置 (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算位置過程中，同一個RFID標簽被多個天線讀取后引起的位置計算沖突，同時，也利用多個天線的冗余信息更好地校正了機器人位置和姿態(tài)的計算結果，提升了定位精度。
[0040]因此，在RFID標簽鋪設密度一定的情況下，機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比。
[0041]以上僅為本實用新型的較佳實施例，并不用以限制本實用新型，本實用新型的保護范圍以所附權利要求為準，其他凡其結構和原理與本實用新型相同或者相似的，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種RFID定位機器人，包括機器人本體以及位于機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)權利要求1所述的一種RFID定位機器人，其特征在于，所述天線陣列朝向RFID標 簽，所述天線陣列單元的密度可調。3.根據(jù)權利要求2所述的一種RFID定位機器人，其特征在于，所述天線陣列分別連接行 多路選通開關和列多路選通開關，所述行多路選通開關和列多路選通開關分別通過天線與 RFID射頻芯片連接，在行多路選通開關和列多路選通開關之間設有天線切換控制器。4.根據(jù)權利要求2所述的一種RFID定位機器人，其特征在于，所述天線陣列單元的面積 小于單個RFID標簽的面積。5.根據(jù)權利要求1-4任一項所述的一種RFID定位機器人，其特征在于，所述天線陣列至 少覆蓋兩個RFID標簽。
【文檔編號】G05D1/02GK205656497SQ201620124338
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2016年2月17日 公開號201620124338.2, CN 201620124338, CN 205656497 U, CN 205656497U, CN-U-205656497, CN201620124338, CN201620124338.2, CN205656497 U, CN205656497U
【發(fā)明人】朱陽
【申請人】深圳思瑞普科技有限公司