一种基于rfid的机器人位置姿态确定方法
【专利说明】一种基于RF ID的机器人位置姿态确定方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明属于工业机器人技术领域，具体是涉及一种基于RFID的机器人位置姿态确定方法。
【背景技术】
[0003]机器人位置和姿态确定是机器人引导控制中重要的部分。现有机器人定位包括无线电定位、超声波定位、激光定位、光学定位、惯性定位等。
[0004]无线电定位一般依靠待定位点到多个基站的无线电传输时间差来进行确定，这种定位一般比较适合室内空旷环境，因为复杂的室内情况，例如墙壁、障碍物等会对无线电波形成反射或衍射，从而极大减低定位精度，目前在理想情况下，该定位法在室内可以达到1cm的定位精度，但如果有墙壁阻挡，则精度一般会降至lm。因此对于复杂的室内情况，该定位方法精度差。
[0005]激光、超声波和光学定位法主要依靠特定参照物距离进行位置计算，因此如果在比较多变的环境中，例如存在其他机器人的影响或障碍物发生变化的情况下，则其位置计算将产生很大的偏差，因此主要应用在避碰等场合。
[0006]惯性定位一般依靠高精度的陀螺仪，其成本很高，并且惯性导航在长期运行下会出现漂移，从而导致定位发生错误，因此一般用作辅助定位手段。
[0007]也有基于RFID导航的方法，主要是依据RSSI(无线信号强度)来进行计算，利用三角定位法根据标签的信号强度来计算机器人位置。而无线信号强度本身容易受到外界干扰并且定位精度很低，因此也难以用作机器人位置和姿态的准确计算。并且该方法只能用于机器人位置的确定，对于机器人姿态，即朝向无法确定。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于RFID的机器人位置姿态确定方法，本发明解决其技术问题采用的技术方案为:
一种基于RFID的机器人位置姿态确定方法，包括以下步骤:si:在地面铺设RFID标签，所述RFID标签内容记录了该处的位置信息；s2:在机器人的下方安装面向地面的天线阵列，所述天线阵列上分布有若干天线阵列单元，所述天线阵列至少覆盖2个RFID标签；
s3:机器人利用扫描方式依次激活所述天线阵列单元，用于寻找地面RFID标签和读取相关标签的坐标信息，并将内容进行记录；
s4:当机器人读取到RFID标签的地标信息时，就能够根据此时激活的天线阵列单元的位置和RFID地标坐标信息计算出机器人的位置；
当机器人读取到两个不同的RFID标签时，就可以根据各自对应的坐标和激活的天线阵列单元计算出机器人的位置和姿态。
[0009]本发明进一步的技术方案还包括:
在步骤s4中，若相邻天线阵列单元同时扫描到一个RFID标签，则采用以下方法计算机器人的位置和姿态:
al:选取不重复的两点读取到的RFID标签和对应的天线阵列单元位置，由两点确定一条直线的规则，计算出机器人的中心位置(XI，Y1)和角度(Θ1);
a2:如果还有其他天线阵列单元或RFID标签配对，则选取另外一组组合，计算出机器人的中心位置(X2，Y2)和角度(Θ2);
a3:重复上述过程，直至最后一组组合可能均被计算完成，得到机器人的中心位置(Χη，Yn)和角度(θη);
a4:最后，将所有位置和角度取平均值，得到机器人位置，
X=(X1+X2+......+Xn)/n
Y=(Y1+Y2+......+Υη)/η
Θ=(Θ1+Θ2+......+θη)/η。
[0010]在步骤Si之前，还包括对天线阵列的尺寸和密度进行选取的步骤，所述天线阵列的尺寸和密度可调，所述RFID标签的尺寸和密度也是可以调节的。
[0011]在RFID标签铺设密度一定的情况下，机器人的定位精度主要由天线阵列的尺寸和密度决定。
[0012]与现有技术相比，本发明的有益技术效果为:本发明能够实现可靠的机器人室内位置和姿态确定。通过改变RFID天线阵列的密度和RFID地标的密度可以实现不同精度的定位效果，因此可以方便地在精度和成本之间做出选择。另外，由于采用近场通信，并且定位不依靠信号强度，因此抗电磁干扰能力强。由于RFID标签的固定性，因此该定位方式不存在类似惯性导航那样的漂移问题，也不存在光学、视觉导航等的容易受到障碍物变化而出现定位错误的问题。机器人定位精度主要由安置于机器人上的RFID天线阵列决定，而对于RFID标签地标的密度要求不高，因此可以极大减低本发明的实施成本。
【附图说明】
[0013]图1为本发明使用的机器人的结构示意图；
图2为本发明中天线阵列的控制结构示意图；
图3为本发明一实施例中天线阵列的结构示意图；
图4为本发明一实施例中RFID标签的结构示意图；
图5为本发明一实施例中天线阵列与RFID标签的相对位置不意图。
[0014]
【具体实施方式】
[0015]下面将结合附图，进一步详细说明本发明的【具体实施方式】。
[0016]本发明一种基于RFID的机器人位置姿态确定方法，包括以下步骤:
S1:在地面铺设RFID标签，其中RFID标签内容记录了该处的位置信息；
s2:在机器人的下方安装面向地面的天线阵列，在天线阵列上分布有若干天线阵列单元，天线阵列至少覆盖2个RFID标签，本发明中，天线阵列单元的面积小于单个RFID标签的面积，保证了单个RFID标签能够被多个天线阵列单元读取，可有效提高机器人的定位精度；s3:机器人利用扫描方式依次激活天线阵列单元，用于寻找地面RFID标签和读取相关标签的坐标信息，并将内容进行记录；
s4:当机器人读取到RFID标签的地标信息时，就能够根据此时激活的天线阵列单元的位置和RFID地标坐标信息计算出机器人的位置；
当机器人读取到两个不同的RFID标签时，就可以根据各自对应的坐标和激活的天线阵列单元计算出机器人的位置和姿态。
[0017]请参阅图2、图3、图4，将RFID标签铺设于地面，标签中对应写入下方的坐标信息，如(1，1)，(2，1)，...，(4，3)，(4，4);天线阵列上分布若干天线阵列单元，我们对天线阵列单元进行编号并记录，依次为六142^3，...H1，H2，...，H8;本发明中，天线阵列分别连接行多路选通开关和列多路选通开关，所述行多路选通开关和列多路选通开关分别通过天线与RFID射频芯片连接，在行多路选通开关和列多路选通开关之间设有天线切换控制器。其中