一种基于ZigBee和RFID的服务机器人定位系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种应用于服务机器人中的室内定位系统，特别是一种基于ZigBee和RFID的服务机器人定位系统。
【背景技术】
[0002] 服务机器人的定位是服务机器人路径规划研究的基础，是服务机器人研究的关键 技术之一，是服务机器人在室内自由活动的前提。服务机器人定位问题，实际属于室内定位 问题。针对室内定位问题，现有的方案多采用机器视觉定位、基于无线网络定位或者航位推 算定位方法。
[0003] 基于机器视觉的室内定位多采用同时定位与地图重建的方法。该室内定位方法具 有定位精度高的优点，但算法复杂，对服务机器人的计算能力、存储能力、通信能力要求高。
[0004] 基于无线网络室内定位方法主要分为两类，一类是采用无线信号传播模型，建立 距离与接收信号强度之间的模型，通过接收信号强度得服务机器人到某个已知节点之间的 距离，再通过多个（至少三个）距离来估计服务机器人的当前位置。另外一种方法是测量 已知位置接收到多个已知节点的信号强度，并将该已知位置和各接收信号强度的对应关系 以指纹库的形式保存。在实时定位时，当接收到多个已知节点信号强度后，通过匹配算法在 指纹库中进行匹配，得到该定位位置的估计。基于无线网络的室内定位方法适合室内环境 简单的情况。
[0005] 基于航位推算的室内定位方法一般作为辅助定位方式。当其他方式无法满足定位 要求后，根据陀螺仪和加速度计数据对当前位置进行估计。该方法简单，但精度无法保证， 且长时间估计时，存在误差累积，使估计结果不准确。 【实用新型内容】
[0006] 本实用新型的目的是提供一种基于ZigBee和RFID的服务机器人定位系统，该系 统具有部署简单，算法复杂度低，适合家庭和办公室等较简单环境。
[0007] 为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
[0008] -种基于ZigBee和RFID的服务机器人定位系统，包括若干位置已知的锚节点和 若干可移动的待定位的服务机器人，每个所述锚节点包括ZigBee信号发送节点或RFID标 签，每个服务机器人包括用于接收ZigBee信号的ZigBee信号接收模块和用于读取RFID标 签的RFID读写器，每个服务机器人通过至少3个ZigBee信号或通过1个RFID标签定位自 身位置。
[0009] 优选的是：所述ZigBee信号接收模块可同时接收至少三个ZigBee信号。
[0010] 优选的是：所述RFID标签设置在室内地板砖内，且位于关键点位置。
[0011] 优选的是：所述所有ZigBee信号发送节点布置在室内天花板同一平面，并组成一 个信号强度可以覆盖整个室内区域的网状网络。
[0012] 优选的是：所述ZigBee信号发送节点和所述ZigBee信号接收模块均采用德州仪 器的CC2530芯片。
[0013] 优选的是：所述RIFD标签米用超尚频无源标签。
[0014] 本实用新型采用上述结构后，服务机器人在室内移动到靠近某RFID位置标签时， 服务机器人识别到该RFID位置标签的位置信息，并将该位置信息作为服务机器人当前位 置，当服务机器人离开RFID位置标签时，可通过部署在天花板上的ZigBee信号发送节点网 络进行服务机器人定位，以获得服务机器人得准确位置。
【附图说明】
[0015] 图1为本实用新型的结构框图。
[0016] 图2为服务机器人室内定位系统定位原理示意图。
[0017] 图3为锚节点的布置示意图。
[0018] 图4为服务机器人接收ZigBee信号发送节点信号的示意图。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明：
[0020] 一种基于ZigBee和RFID的服务机器人定位系统，包括若干位置已知的锚节点和 若干可移动的待定位的服务机器人，每个所述锚节点包括ZigBee信号发送节点或RFID标 签，每个服务机器人包括用于接收ZigBee信号的ZigBee信号接收模块和用于读取RFID标 签的RFID读写器，每个服务机器人通过至少3个ZigBee信号或通过1个RFID标签定位自 身位置。
[0021] 优选的是：所述ZigBee信号接收模块可同时接收至少三个ZigBee信号。
[0022] 优选的是：所述RFID标签设置在室内地板砖内，且位于关键点位置。
[0023] 优选的是：所述所有ZigBee信号发送节点布置在室内天花板同一平面，并组成一 个信号强度可以覆盖整个室内区域的网状网络。
[0024] 优选的是：所述ZigBee信号发送节点和所述ZigBee信号接收模块均采用德州仪 器的CC2530芯片。
[0025] 优选的是：所述RIFD标签采用超高频无源标签。
[0026] 实施例
[0027] 本实用新型的系统结构和定位原理分别如图1和图2所示，服务机器人在室内移 动到靠近某RFID位置标签时，服务机器人通过RFID读写器识别到该RFID位置标签的位 置信息，并将该位置信息作为服务机器人当前位置。当服务机器人离开RFID位置标签时， 则部署在天花板上的ZigBee信号发送节点构成的网络进行服务机器人定位，以准确获得 服务机器人位置。RFID位置标签和ZigBee信号发送节点网络的布置如图2所示，各RFID 位置标签部署在室内地板砖内，且位于关键位置，如拐弯处、交叉位置、门口位置等，为保证 ZigBee信号发送节点网络能对室内各个位置进行定位，所有ZigBee信号发送节点布置在 室内天花板同一平面，并组成一个信号强度可以覆盖整个室内区域的网状网络。
[0028] 当服务机器人接收到ZigBee信号时，通过以无线电信号在空气中传播数学模型 为基础的定位方法可计算出ZigBee信号发送节点与服务机器人之间的距离。该模型如式 1所示。
[0029]
[0030]PL(d)是距离发射信号d处接收信号的接收功率，单位为dB;n是指距离增加的路 径损耗指数，即环境因子，通常取值范围2~4 ;PL(d。）表示距离为d。时接收信号强度；ζ 是遮蔽因子，与传播距离无关的随机变量。在路径损耗指数η和遮蔽因子已知时，通过对接 收功率的测量从而计算出锚节点与服务机器人之间的距离。由于ZigBee信号发送节点部 署在天花板上，且部署在环境较简单的室内环境中，基于距离的定位方法可以较精确地对 服务机器人进行定位。服务机器人接收ZigBee信号发送节点信号如图4所示，ZigBee信 号发送节点位于同一平面，服务机器人可接收到多个（至少三个）ZigBee信号发送节点信 号强度，再利用公式1所示的无线电信号传播数学模型，估算出各锚节点到服务机器人实 际距离。最后根据ZigBee信号发送节点与服务机器人的空间关系，定位出服务机器人的具 体位置。
[0031] 以上结合附图所描述的实施例仅是本实用新型的优选实施方式，而并非对本实用 新型的保护范围的限定，任何基于本实用新型精神所做的改进都理应在本实用新型保护范 围之内。
【主权项】
1. 一种基于ZigBee和RFID的服务机器人定位系统，其特征在于：包括若干位置已知 的锚节点和若干可移动的待定位的服务机器人，每个所述锚节点包括ZigBee信号发送节 点或RFID标签，每个服务机器人包括用于接收ZigBee信号的ZigBee信号接收模块和用于 读取RFID标签的RFID读写器，每个服务机器人通过至少3个ZigBee信号或通过1个RFID 标签定位自身位置。2. 根据权利要求1所述的一种基于ZigBee和RFID的服务机器人定位系统，其特征在 于：所述ZigBee信号接收模块可同时接收至少三个ZigBee信号。3. 根据权利要求2所述的一种基于ZigBee和RFID的服务机器人定位系统，其特征在 于：该定位系统用于室内，所述RFID标签设置在室内地板砖内，且位于拐弯处、交叉位置、 门口位置。4. 根据权利要求3所述的一种基于ZigBee和RFID的服务机器人定位系统，其特征在 于：所述所有ZigBee信号发送节点布置在室内天花板同一平面，并组成一个信号强度可以 覆盖整个室内区域的网状网络。5. 根据权利要求1所述的一种基于ZigBee和RFID的服务机器人定位系统，其特征在 于：所述ZigBee信号发送节点和所述ZigBee信号接收模块均采用德州仪器的CC2530芯 片。6. 根据权利要求1所述的一种基于ZigBee和RFID的服务机器人定位系统，其特征在 于：所述RIFD标签采用超高频无源标签。
【专利摘要】一种基于ZigBee和RFID的服务机器人定位系统，包括若干位置已知的锚节点和若干可移动的待定位的服务机器人，每个所述锚节点包括ZigBee信号发送节点或RFID标签，每个服务机器人包括用于接收ZigBee信号的ZigBee信号接收模块和用于读取RFID标签的RFID读写器，每个服务机器人通过至少3个ZigBee信号或通过1个RFID标签定位自身位置。本实用新型采用上述结构后，服务机器人在室内移动到靠近某RFID位置标签时，服务机器人识别到该RFID位置标签的位置信息，并将该位置信息作为服务机器人当前位置，当服务机器人离开RFID位置标签时，可通过部署在天花板上的ZigBee信号发送节点网络进行服务机器人定位，以获得服务机器人得准确位置。
【IPC分类】G01S13/82, G01S5/10, G06K17/00
【公开号】CN205067727
【申请号】CN201520877791
【发明人】袁飞, 祁伟, 卢旭, 肖蕾, 李海生, 庄鑫财
【申请人】广东技术师范学院
【公开日】2016年3月2日
【申请日】2015年11月3日