专利名称：智能机器人系统及利用射频识别定位的方法
智能机器人系统及利用射频识别定位的方法
技术领域：
本发明涉及人工智能领域，特别是涉及ー种智能机器人系统及利用射频识别定位的方法。
背景技木随着人工智能的发展，智能机器人技术成为国际上的研究热点，智能机器人被应用于广泛的领域如地下探測、自动巡检、家政服务等等。智能机器人为了执行目标任务，需要定位自身所在的位置。目前应用在智能机器人系统定位技术有:GPRS系统、红外定位技术、超声波定位技术、蓝牙定位技术等。其中GPRS定位系统只适用于室外,且定位精度和实时性不能令人满意；红外、超声和蓝牙定位技术容易受到外界干扰使得定位效果不理想，且造价较高。无线射频识别(RFID,Radio Frequency Identification)技术是ー种新型的精度高、成本低的定位技术。
无线射频识别技术作为本世纪最有发展前途的信息技术之一，已得到全球业界的高度重视。它利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别的目的。完整的RFID系统由读写器/阅读器(Reader)、电子标签(Tag)和数据管理系统三部分组成。射频识别技术具有非接触操作、长距离识别(几厘米至几十米)、无须人工干预、无机械磨损、寿命长、可快速识别批量目标、可识别移动目标的优点，并可应用于各种油溃、灰尘污染等恶劣的环境。因此，RFID技术在智能空间、智能设备、机器人等领域的研究和应用开始普遍受到重视。很多研究中利用RFID标签进行移动设备或物品的定位。目前在利用RFID技术对携带有RFID标签的人员或物品进行室内定位吋，除了根据电磁能量分布图，由接收信号强度获得与距离有关的信息之外，最有效的方法就是在室内的待定位区域内布置大量的RFID參考标签。通常參考标签在待定位区域内形成某种拓扑结构，例如矩形结构、蜂窝状结构、三角形结构等。待定位标签是通过參考标签来定位，因此定位的精度依赖于參考标签阵列的密度。在一定范围内，參考标签的配置密度越密，定位结果的误差范围将会越小。然而，随着标签密度的増大，系统的成本将会增高，环境适应性也将降低。
发明内容基于此，有必要提供ー种定位精度高且成本低的智能机器人系统。—种智能机器人系统，包括智能设备和设置在智能设备所在环境中的记录坐标位置的參考射频识别标签；所述智能设备与所述參考射频识别标签进行交互；所述智能设备包括:射频识别阅读器，包括阅读器天线和微处理器；所述阅读器天线用于接收所述參考射频识别标签的射频信号；所述微处理器用于根据所述射频信号获取所述參考射频识别标签记录的坐标位置，还用于获取所述阅读器天线接收所述參考射频识别标签的射频信号所旋转的角度；处理器，包括射频信息处理模块，用于根据所述阅读器天线旋转的角度和參考射频识别标签的坐标位置确定所述智能设备的位置。优选的，所述阅读器天线在同一时间只能接收ー个方向上的射频信号，所述阅读器天线通过旋转接收不同方向上的射频信号。优选的，所述參考射频识别标签包括第一标签、第二标签和第三标签，所述阅读器天线接收所述第一标签、第二标签和第三标签的射频信号，所述微处理器根据所述射频信号获取第一标签、第二标签和第三标签记录的坐标位置；所述微处理器还用于获取所述阅读器天线从接收所述第一标签的射频信号到接收所述第二标签的射频信号所旋转的第一角度、所述阅读器天线从接收所述第二标签的射频信号到接收所述第三标签的射频信号所旋转的第二角度；所述射频信息处理模块用于根据所述第一角度、第二角度及第ー标签、第二标签和第三标签的坐标位置计算得到所述智能设备的位置。优选的，所述的智能机器人系统，还包括设置在智能设备所在环境中的物品上的物品射频识别标签，所述物品射频识别标签记录所述物品的物品信息；所述阅读器天线还用于接收所述物品射频识别标签的射频信号。所述微处理器还用于获取所述阅读器天线从接收与所述物品射频识别标签相邻的參考射频识别标签的射频信号到接收该物品射频识别标签的射频信号所旋转的角度；所述射频信息处理模块还用于根据所述与所述物品射频识别标签相邻的參考射频识别标签的坐标位置、射频识别阅读器的坐标位置及所述角度确定该物品射频识别标签的位置信息。优选的，所述射频识别阅读器还用于根据所述射频信号获取所述物品射频识别标签记录的物品信息，所述物品信息包括物品标识和物品属性信息；所述处理器还包括:用于设置与物品标识及物品属性信息对应的任务目标信息的任务规划模块；所述智能设备还包括与所述处理器相连的用于存储与所述物品标识及物品属性信息对应的任务目标信息的数据管理模块。优选的，所述任务规划模块还用于根据所述任务目标信息、物品标签的位置信息、物品信息和智能设备的位置信息生成动作执行指令；优选的，所述系统还包括根据所述动作执行指令执行相应动作的动作执行装置。优选的，所述智能设备还包括:传感器，用于获取所述智能设备移动的距离和方向信息，并传送给所述处理器；所述处理器还包括传感器信息处理模块，用于根据所述传感器获取的智能设备移动的距离和方向信息确定智能设备移动后的位置。所述智能设备还包括:测距装置，用于检测在预定距离内是否有障碍信号，若是，则启动所述射频识别阅读器以获取智能设备的位置信息，若否，则启动所述传感器以获取智能设备的位置信息。基于此，还有必要提供ー种定位精度高且成本低的利用射频识别定位的方法。ー种利用射频识别定位的方法，包括以下步骤:在智能设备所在环境中设置多个记录坐标位置的參考射频识别标签，在智能设备上设置包括阅读器天线的射频识别阅读器；通过所述阅读器天线接收所述參考射频识别标签的射频信号并根据所述射频信号获取所述參考射频识别标签记录的坐标位置；获取所述阅读器天线接收所述參考射频识别标签的射频信号所旋转的角度；根据所述阅读器天线旋转的角度和參考射频识别标签的坐标位置确定所述智能设备的位置。优选的，所述阅读器天线在同一时间只能接收ー个方向上的射频信号，所述阅读器天线通过旋转接收不同方向上的射频信号。优选的，所述參考射频识别标签包括第一标签、第二标签和第三标签；所述方法还包括:通过阅读器天线接收所述第一标签、第二标签和第三标签的射频信号，根据所述射频信号获取所述第一标签、第二标签和第三标签的坐标位置；通过微处理器获取所述阅读器天线从接收所述第一标签的射频信号到接收所述第二标签的射频信号所旋转的第一角度、所述阅读器天线从接收所述第二标签的射频信号到接收所述第三标签的射频信号所旋转的第二角度；根据所述第一角度、第二角度及第ー标签、第二标签和第三标签的坐标位置确定所述智能设备的位置。优选的，所述方法还包括:在智能设备所在环境中的物品上设置物品射频识别标签，所述物品射频识别标签记录所述物品的物品信息；通过所述阅读器天线接收所述物品射频识别标签的射频信号；获取所述阅读器天线从接收与所述物品射频识别标签相邻的參考射频识别标签的射频信号到接收该物品射频识别标签的射频信号所旋转的角度；根据所述与所述物品射频识别标签相邻的參考射频识别标签的坐标位置、射频识别阅读器的坐标位置及所述角度确定该物品射频识别标签的位置信息。优选的，所述方法还包括:根据所述射频信号获取所述物品射频识别标签记录的物品信息；所述物品信息包括物品标识和物品属性信息；设置与物品标识及物品属性信息对应的任务目标信息，并存储所述任务目标信
o优选的，所述方法还包括:根据所述任务目标信息、物品标签的位置信息、物品信息和智能设备的位置信息生成动作执行指令并执行所述动作执行指令。优选的，所述方法还包括:在智能设备上设置传感器；通过传感器获取所述智能设备移动的距离和方向信息；根据所述传感器获取的智能设备移动的距离和方向信息确定智能设备的位置。
所述方法还包括:在智能设备上设置测距装置；
通过测距装置检测在预定距离内是否有障碍信号，若是，则启动所述射频识别阅读器获取智能设备的位置信息；若否，则启动传感器获取智能设备的位置信息。上述智能机器人系统和利用射频识别定位的方法，根据所述參考射频识别标签记录的坐标位置以及阅读器天线接收參考射频识别标签的射频信号所旋转的角度确定智能设备的位置，能有效减少设置在智能设备所在环境中的记录坐标位置的參考射频识别标签的数量，不但能精确定位智能设备的位置，还能大大降低成本。
图1为ー个实施例中的智能机器人系统的示意图；图2为ー个实施例中的智能设备的结构示意图；图3为參考射频识别标签与射频识别阅读器的相对位置关系的示意图之ー；图4为參考射频识别标签与射频识别阅读器的相对位置关系的示意图之ニ ；图5为物品射频识别标签与參考射频识别标签和射频识别阅读器的相对位置关系的不意图；图6为另ー实施例中的智能设备的结构示意图；图7为又ー实施例中的智能设备的结构示意图；图8为ー个实施例中的智能设备的立体图；图9为另ー实施例中的智能设备的立体图；图10为第一实施例中的利用射频识别定位的方法的流程示意图；图11为第二实施例中的利用射频识别定位的方法的流程示意图；图12为第三实施例中的利用射频识别定位的方法的流程示意图；图13为第四实施例中的利用射频识别定位的方法的流程示意图；图14为第五实施例中的利用射频识别定位的方法的流程示意图；图15为第六实施例中的利用射频识别定位的方法的流程示意图。
具体实施方式如图1所不,在一个实施例中，ー种智能机器人系统,包括智能设备12和设置在智能设备12所在环境中的记录坐标位置的參考射频识别标签14 (以下简称为參考标签14)。智能设备12与參考标签14进行交互。本实施例中，智能设备12所在环境为室内环境，可在室内环境中智能设备12需要执行任务的区域中设置參考标签14，如在门ロ、墙壁上、桌子旁边等边缘区域或障碍物周围设置參考标签14。其中，參考标签14可以是有源标签也可以是无源标签。在另ー实施例中，智能设备所在环境也可以是室外环境，參考标签14可设置在智能设备需要执行任务的区域。在本实施例中，如图2所示，智能设备12包括射频识别阅读器122(以下简称为阅读器122)和处理器124，其中:阅读器122包括阅读器天线1222(图中未标出)和微处理器1226(图中未标出)；阅读器天线1222用于接收參考标签1 4的射频信号；微处理器1226用于根据射频信号获取參考标签14记录的坐标位置，还用于获取阅读器天线1222接收參考标签14的射频信号所旋转的角度。阅读器天线1222在同一时间只能接收ー个方向上的射频信号，其通过旋转接收不同方向上的射频信号。通过获取阅读器天线1222接收參考标签14的射频信号所旋转的角度，可以得到阅读器天线1222在旋转过程中从接收ー个參考标签14到接收另ー个參考标签14所旋转的角度，即得到两个參考标签14与阅读器122的连线所成的夹角的角度。处理器124包括射频信息处理模块1242，射频信息处理模块1242用于根据阅读器天线1222的旋转角度和參考标签14的坐标位置确定智能设备12的位置。上述系统，根据參考标签14记录的坐标位置以及阅读器天线接收參考标签14的射频信号所旋转的角度确定智能设备12的位置，能有效减少设置在智能设备12所在环境中的记录坐标位置的參考标签14的数量，不但能精确定位智能设备12的位置，还能大大降低成本。如图3所示，在一个实施例中，參考标签14包括第一标签142、第二标签144和第三标签146 ;阅读器天线1222接收第一标签142、第二标签144和第三标签146的射频信号并获取第一标签142记录的坐标位置(记为A(Xpy1))、第二标签144记录的坐标位置(记为B(x2，y2))和第三标签146记录的坐标位置(记为C(x3，y3));微处理器1226还用于获取阅读器天线1222从接收第一标签142的射频信号到接收第二标签144的射频信号所旋转的第一角度(记为9:)、阅读器天线1222从接收第二标签144的射频信号到接收第三标签146的射频信号所旋转的第二角度(记为0 2)。其中，02的信息包括大小和方向。可理解的，第一 、ニ、三标签中的任意两个标签与阅读器不在同一直线上。射频信息处理模块1242用于根据第一角度0 1、第二角度0 2及第ー标签142的坐标位置A(Xl，yi)、第二标签的坐标位置B(x2，y2)、第三标签的坐标位置C (x3，y3)计算得到智能设备12的位置即阅读器122的坐标位置(记为D(x，y))。具体的，射频信息处理模块1242计算阅读器122的坐标位置D(x，y)的过程如下:如图3所示，设经过点A、B、D三点的圆的圆心为点O1,点O1的坐标为(0lx，0ly)，圆的半径为R1 ;设经过点B、C、D三点的圆的圆心为点02，点O2的坐标为(02x，O2y)，圆的半径为R2 ；首先根据坐标A(X1,yj、坐标B(x2,y2)和第一角度0 i的大小计算得到圆心O1 (0lx,Oly)和半径R1，再根据坐标B (x2, y2)、坐标C(x3, y3)和第二角度％的大小计算得到圆心O2 (02x, O2y)和半径R2，然后根据圆心O1 (Olx，Oly)、半径R1、圆心O2 (02x，O2y)和半径R2计算得到 D(x, y)。具体的，可以按照以下算式和方程组计算:⑴计算半径
权利要求
1.种智能机器人系统，其特征在于，包括:智能设备和设置在智能设备所在环境中的记录坐标位置的參考射频识别标签；所述智能设备与所述參考射频识别标签进行交互；所述智能设备包括: 射频识别阅读器，包括阅读器天线和微处理器；所述阅读器天线用于接收所述參考射频识别标签的射频信号；所述微处理器用于根据所述射频信号获取所述參考射频识别标签记录的坐标位置，还用于获取所述阅读器天线接收所述參考射频识别标签的射频信号所旋转的角度； 处理器，包括射频信息处理模块，用于根据所述阅读器天线旋转的角度和參考射频识别标签的坐标位置确定所述智能设备的位置。
2.据权利要求1所述的智能机器人系统，其特征在于，所述阅读器天线在同一时间只能接收ー个方向上的射频信号，所述阅读器天线通过旋转接收不同方向上的射频信号。
3.据权利要求1所述的智能机器人系统，其特征在于，所述參考射频识别标签包括第一标签、第二标签和第三标签； 所述阅读器天线接收所述第一标签、第二标签和第三标签的射频信号，所述微处理器根据所述射频信号获取第一标签、第二标签和第三标签记录的坐标位置；所述微处理器还用于获取所述阅读器天线从接收所述第一标签的射频信号到接收所述第二标签的射频信号所旋转的第一角度、所述阅读器天线从接收所述第二标签的射频信号到接收所述第三标签的射频信号所旋转的第二角度； 所述射频信息处理模块用于根据所述第一角度、第二角度及第ー标签、第二标签和第三标签的坐标位置计算得到所述智能设备的位置。
4.据权利要求1所述的智能机器人系统，其特征在于，还包括设置在智能设备所在环境中的物品上的物品射频识别 标签，所述物品射频识别标签记录所述物品的物品信息；所述阅读器天线还用于接收所述物品射频识别标签的射频信号。
5.据权利要求4所述的智能机器人系统，其特征在干，所述微处理器还用于获取所述阅读器天线从接收与所述物品射频识别标签相邻的參考射频识别标签的射频信号到接收该物品射频识别标签的射频信号所旋转的角度； 所述射频信息处理模块还用于根据所述与所述物品射频识别标签相邻的參考射频识别标签的坐标位置、射频识别阅读器的坐标位置及所述角度确定该物品射频识别标签的位置信息。
6.据权利要求5所述的智能机器人系统，其特征在于，所述射频识别阅读器的微处理器还用于根据所述物品射频识别标签的射频信号获取所述物品射频识别标签记录的物品信息，所述物品信息包括物品标识和物品属性信息；所述处理器还包括: 用于设置与物品标识及物品属性信息对应的任务目标信息的任务规划模块； 所述智能设备还包括与所述处理器相连的用于存储与所述物品标识及物品属性信息对应的任务目标信息的数据管理模块。
7.据权利要求6所述的智能机器人系统，其特征在于，所述任务规划模块还用于根据所述任务目标信息、物品标签的位置信息、物品信息和智能设备的位置信息生成动作执ィ丁指令； 所述系统还包括根据所述动作执行指令执行相应动作的动作执行装置。
8.据权利要求1所述的智能机器人系统，其特征在于，所述智能设备还包括:传感器，用于获取所述智能设备移动的距离和方向信息，并传送给所述处理器； 所述处理器还包括传感器信息处理模块，用于根据所述传感器获取的智能设备移动的距离和方向信息确定智能设备移动后的位置。
9.据权利要求8所述的智能机器人系统，其特征在于，所述智能设备还包括: 测距装置，用于检测在预定距离内是否有障碍信号，若是，则启动所述射频识别阅读器以获取智能设备的位置信息，若否，则启动所述传感器以获取智能设备的位置信息。
10.种利用射频识别定位的方法，包括以下步骤: 在智能设备所在环境中设置多个记录坐标位置的參考射频识别标签，在智能设备上设置包括阅读器天线的射频识别阅读器； 通过所述阅读器天线接收所述參考射频识别标签的射频信号并根据所述射频信号获取所述參考射频识别标签记录的坐标位置； 获取所述阅读器天线接收所述參考射频识别标签的射频信号所旋转的角度； 根据所述阅读器天线旋转的角度和參考射频识别标签的坐标位置确定所述智能设备的位置。
11.据权利要求10所述的利用射频识别定位的方法，其特征在于，所述阅读器天线在同一时间只能接收ー个方向上的射频信号，所述阅读器天线通过旋转接收不同方向上的射频信号。
12.据权利要求10所述的利用射频识别定位的方法，其特征在于，所述參考射频识别标签包括第一标签、第二标签和第三标签；所述方法还包括: 通过阅读器天线接收所述第一标签、第二标签和第三标签的射频信号，根据所述射频信号获取所述第一标签、第二标签和第三标签的坐标位置； 通过阅读器获取所述阅读器天线从接收所述第一标签的射频信号到接收所述第二标签的射频信号所旋转的第一角度、所述阅读器天线从接收所述第二标签的射频信号到接收所述第三标签的射频信号所旋转的第二角度； 根据所述第一角度、第二角度及第ー标签、第二标签和第三标签的坐标位置确定所述智能设备的位置。
13.据权利要求10所述的利用射频识别定位的方法，其特征在于，所述方法还包括: 在智能设备所在环境中的物品上设置物品射频识别标签，所述物品射频识别标签记录所述物品的物品信息； 通过所述阅读器天线接收所述物品射频识别标签的射频信号； 获取所述阅读器天线从接收与所述物品射频识别标签相邻的參考射频识别标签的射频信号到接收该物品射频识别标签的射频信号所旋转的角度； 根据所述与所述物品射频识别标签相邻的參考射频识别标签的坐标位置、射频识别阅读器的坐标位置及所述角度确定该物品射频识别标签的位置信息。
14.据权利要求13所述的利用射频识别定位的方法，其特征在于，所述方法还包括: 根据所述物品射频识别标签的射频信号获取所述物品射频识别标签记录的物品信息，所述物品信息包括物品标识和物品属性信息； 设置与物品标识及物品属性信息对应的任务目标信息，并存储所述任务目标信息。
15.据权利要求14所述的利用射频识别定位的方法，其特征在于，所述方法还包括: 根据所述任务目标信息、物品标签的位置信息、物品信息和智能设备的位置信息生成动作执行指令并执行所述动作执行指令。
16.据权利要求10所述的利用射频识别定位的方法，其特征在于，所述方法还包括: 在智能设备上设置传感器； 通过传感器获取所述智能设备移动的距离和方向信息； 根据所述传感器获取的智能设备移动的距离和方向信息确定智能设备的位置。
17.据权利要求16所述的利用射频识别定位的方法，其特征在于，所述方法还包括: 在智能设备上设置测距装置； 通过测距装置检测在预定距离内是否有障碍信号，若是，则启动所述射频识别阅读器获取智能设备的位置 信息；若否，则启动传感器获取智能设备的位置信息。
全文摘要
一种智能机器人系统，包括智能设备和设置在智能设备所在环境中的记录坐标位置的参考射频识别标签；所述智能设备包括射频识别阅读器和处理器；所述射频识别阅读器包括用于接收所述参考射频识别标签的射频信号的阅读器天线、用于根据所述射频信号获取所述参考射频识别标签的坐标位置以及用于获取阅读器天线接收所述射频信号所旋转的角度的微处理器；所述处理器用于根据所述阅读器天线旋转的角度和参考射频识别标签的坐标位置确定所述智能设备的位置。上述系统，能有效减少记录坐标位置的参考射频识别标签的数量，不但能精确定位智能设备的位置，还能大大降低成本。此外，还提供一种利用射频识别定位的方法。
文档编号G06K7/00GK103093162SQ20111033472
公开日2013年5月8日 申请日期2011年10月28日 优先权日2011年10月28日
发明者胡颖, 靳海洋, 张俊, 张建伟 申请人:中国科学院深圳先进技术研究院