CN103777200A - 面向移动机器人的rfid定位节点布置方法及辅助定位导航方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及移动机器人定位技术，公开一种面向移动机器人的RFID定位节点布置方法，包括如下步骤：1）布置RFID节点；2）评价步骤1）布置的RFID节点定位的有效性，若无效，则返回步骤1）重新布置；3）计算空间所需的RFID节点数；4）按步骤3）计算所得的RFID节点数。本发明可判断在预先布置RFID的区域内，移动机器人的定位有效性，同时，能够计算出对于确定区域采用的布置方法所需RFID节点的最少数量，在保证移动机器人定位有效的前提下，最大限度降低RFID的使用成本。本发明还公开了一种面向移动机器人的RFID辅助定位导航方法。

Description

面向移动机器人的RFID定位节点布置方法及辅助定位导航方法

技术领域

本发明涉及移动机器人定位技术，特别是基于RFID的移动机器人定位导航技术领域。

背景技术

移动机器人广泛应用于航空、军事、农业和灾难等多种场合，移动机器人在室内环境下，使用激光测距仪、声纳等内部传感器进行基于地图的定位、导航与路径规划。激光测距仪是180°发射激光信号，根据物体反射回来的信号的时间差来计算距离，然后根据反射激光的角度来确定物体和发射器的角度，从而得出物体与发射器的相对位置。声纳的工作原理是回声探测法,用发出的声脉冲定位,声脉冲碰到障碍物就反射回来,返回声源(有所减弱)后被记录下来。根据脉冲的往返时间以及声脉冲的传播的速度,可精确地测定出目标的距离。对于空旷的室外环境，由于周边障碍较少，激光、声纳等传感器检测不到数据或者检测到的数据较少，使得机器人只使用激光测距仪、声纳等内部传感器进行基于地图的定位存在困难，机器人无法找到自身所在地图中的位置，出现机器人“丢失”的现象。

为解决空旷环境的“丢失”问题，可采用RFID辅助移动机器人定位与导航。申请号为201010508436.3的中国专利申请公开了一种利用机器人进行变电站设备智能巡检的方法，在电力设备检测点处设置RFID标签，RFID中存储定位信息，用于识别电力检测点，但并未充分利用RFID的导航的作用。申请号为200910089308.7的中国专利申请公开了一种基于有源RFID的室内移动机器人定位系统和方法，通过概率定位法、三边测量法及极大似然估计法，来分别确定读取到1-2个标签数据、3个标签数据或4个及以上标签数据时移动机器人的位置，但存在未考虑布置节点数量最优以及对于定位有效性的判断问题。申请号为200910051180.5的中国专利申请公开了一种RFID室内定位系统，以正三角形镶嵌方式将RFID标签布置于机器人运动平面，通过单片机控制四个RFID读写器读取RFID中所含信息，在不同的定位信息约束条件下对机器人理论位置及定位精度进行求解分析，但对于RFID节点数量的优化考虑仍不完善，只考虑了将RFID节点按正三角形进行镶嵌，但未考虑节点之间的距离，未考虑机器人在行走过程节点覆盖范围中的盲区，未考虑节点数量的优化问题。节点距离过大，会使得机器人定位不精确，甚至丢失；节点距离过小，则又会造成应用成本方面的巨大浪费。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种面向移动机器人的RFID定位节点布置方法，其算法简单，能够判断定位有效性，获得RFID节点在当前布置形状下的最优布置数量。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

面向移动机器人的RFID定位节点布置方法，包括如下步骤：

1）布置RFID节点；

2）评价步骤1）布置的RFID节点定位的有效性，若无效，则返回步骤1）重新布置；

3）计算空间所需的RFID节点数；

4）按步骤3）计算所得的RFID节点数重新布置RFID节点。

进一步，所述步骤1）中，RFID节点布置为规则的几何形状，或2种及以上规则几何形状的结合。

进一步，所述步骤1）中，所述规则的几何形状为正方形或正三角形。

进一步，当步骤1）中RFID节点布置为正方形，步骤2）中，当R<L≤2R时，判断布置的RFID节点定位有效，其中L为相邻RFID节点的距离，R为RFID节点的有效读取半径。

进一步，步骤3）中，若平面空间面积M×N，则平面空间内所需的RFID数量最少为：

其中表示向下取整。

进一步，当步骤1）中RFID节点布置为正三角形时，步骤2）中，当R<L≤2R时，判断布置的RFID节点定位有效，其中L为相邻RFID节点的距离，R为RFID节点的有效读取半径。

进一步，步骤3）中，若平面空间面积M×N，则空间所需的RFID数量最少为：

其中表示向下取整。

本发明还公开一种面向移动机器人的RFID辅助定位导航方法，包括如下步骤：

1）移动机器人通过激光传感器和声纳传感器扫描周边环境数据；

2）判断是否定位成功，若定位成功则执行步骤4），若定位失败则执行步骤3）；

3）进行RFID定位节点布置，然后进行RFID辅助移动机器人定位，返回步骤2）判断定位是否成功；所述RFID定位节点布置方法包括如下步骤：

31）布置RFID节点；

32）评价步骤31）布置的RFID节点定位的有效性，若无效，则返回步骤31）重新布置；

33）计算空间所需的RFID节点数；

34）按步骤33）计算所得的RFID节点数重新布置RFID节点；

4）利用移动机器人当前定位位置与目的地位置，规划移动机器人行走路径，并开始行走；

5）在移动机器人行走过程中，利用激光传感器和声纳传感器开展实时避障，绕开移动机器人行走过程中遇到的障碍物；

6）判断是否到达目的地，若未到达目的地，则执行步骤1）再次定位，若到达目的地则结束。

本发明的一种面向移动机器人的RFID定位节点布置方法,可判断在预先布置RFID的区域内，移动机器人的定位有效性，同时，能够计算出对于确定区域采用的布置方法所需RFID节点的最少数量，在保证移动机器人定位有效的前提下，最大限度降低RFID的使用成本。而本发明的面向移动机器人的RFID辅助定位导航方法，可以在降低RFID的使用成本的基础上，提高移动机器人导航的有效性的准确性。

附图说明

图1示出了面向移动机器人的RFID定位节点布置流程示意图；

图2示出了RFID节点布置为正方形的示意图；

图3示出了RFID节点布置为正三角形的示意图；

图4示出了RFID辅助移动机器人定位与导航流程示意图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明进行详细说明。

参见图1，面向移动机器人的RFID定位节点布置方法，包括如下步骤：

1）布置RFID节点，最佳的RFID节点布置为规则的几何形状，如正方形或正三角形，或2种及以上规则几何形状的结合。

2）评价步骤1）布置的RFID节点定位的有效性，若无效，则返回步骤1）重新布置；

参见图2，当步骤1）中RFID节点布置为正方形时：

a）L＞2R时，若当机器人处于中心O处（距任意RFID最远的点），则此时机器人处于周围任意一个标签的有效读取范围之外，此时机器人若沿着x轴方向或y轴方向运动（RFID有限范围外最长方向），则无论运动多长距离，均无法处于RFID的有效读取距离之内，因此此时，认定布置方法是无效的。

b）L=2R时，若当机器人处于中心O处，则此时机器人处于周围任意一个标签的有效读取范围之外，此时机器人若沿着x轴方向或y轴方向运动，则运动R距离即可到达一RFID的有效范围内，认定布置方法有效。

c）R＜L＜2R时，若当机器人处于中心O处，则此时机器人处于周围任意一个标签的有效读取范围之外，此时机器人若沿着x轴方向或y轴方向运动，则运动距离即可到达任意两个RFID的重叠有效范围内，此时布置方法有效。

d）L≤R无意义，不讨论。

由以上四步可知，只有当R<L≤2R时，布置的RFID节点定位有效，其中L为相邻RFID节点的距离，R为RFID节点的有效读取半径。

参见图3，当步骤1）中RFID节点布置为正三角形时：

A）当L＞2R时，若当机器人处于中心O处，则此时机器人处于周围任意一个标签的有效读取范围之外，若此时机器人沿着y轴（RFID有限范围外最长方向）运动，则在有效运动距离中（可选取为RFID有效半径R），均无法处于RFID的有效读取距离之内，因此此时，认定布置方法是无效的。

B）当L=2R时，若当机器人处于中心O处，则此时机器人处于周围任意一个标签的有效读取范围之外，若此时机器人沿着y轴（RFID有限范围外最长方向）运动距离，即可到达一RFID的有效范围内，认定布置方法有效。

C）当

时，若当机器人处于中心O处，则此时机器人处于周围任意一个标签的有效读取范围之外，若此时机器人沿着y轴（RFID有限范围外最长方向）运动距离，即可达到任意两个RFID的重叠有效范围内，此时布置方法有效。

D）当

时，则相邻三个RFID的有效范围完全相交，全部平面控制均有RFID有效读取范围覆盖，此时布置方法有效。

E）L≤R无意义，不讨论。

由以上四步可知，只有当R<L≤2R时，布置的RFID节点定位有效，其中L为相邻RFID节点的距离，R为RFID节点的有效读取半径。

3）计算空间所需的RFID节点数；

其中，当步骤1）中RFID节点布置为正方形，步骤3）中，若平面空间面积M×N，则平面空间内所需的RFID数量最少为：

其中

表示向下取整。

当步骤1）中RFID节点布置为正三角形时，步骤3）中，若平面空间面积M×N，则空间所需的RFID数量最少为：其中

表示向下取整。

4）按步骤3）计算所得的RFID节点数。

参见图4，面向移动机器人的RFID辅助定位导航方法，包括如下步骤：

1）移动机器人通过激光传感器和声纳传感器扫描周边环境数据；

2）判断是否定位成功，若定位成功则执行步骤4），若定位失败则执行步骤3）；

3）进行RFID定位节点布置，然后进行RFID辅助移动机器人定位，返回步骤2）判断定位是否成功；所述RFID定位节点布置方法包括如下步骤：

31）布置RFID节点；

32）评价步骤31）布置的RFID节点定位的有效性，若无效，则返回步骤31）重新布置；

33）计算空间所需的RFID节点数；

34）按步骤33）计算所得的RFID节点数重新布置RFID节点；

4）利用移动机器人当前定位位置与目的地位置，规划移动机器人行走路径，并开始行走；

5）在移动机器人行走过程中，利用激光传感器和声纳传感器开展实时避障，绕开移动机器人行走过程中遇到的障碍物；

6）判断是否到达目的地，若未到达目的地，则执行步骤1）再次定位，若到达目的地则结束。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.面向移动机器人的RFID定位节点布置方法，其特征在于：包括如下步骤：

1）布置RFID节点；

2）评价步骤1）布置的RFID节点定位的有效性，若无效，则返回步骤1）重新布置；

3）计算空间所需的RFID节点数；

4）按步骤3）计算所得的RFID节点数重新布置RFID节点。

2.如权利要求1所述的一种面向移动机器人的RFID定位节点布置方法，其特征在于：所述步骤1）中，RFID节点布置为规则的几何形状，或2种及以上规则几何形状的结合。

3.如权利要求2所述的一种面向移动机器人的RFID定位节点布置方法，其特征在于：所述步骤1）中，所述规则的几何形状为正方形或正三角形。

4.如权利要求3所述的一种面向移动机器人的RFID定位节点布置方法，其特征在于：当步骤1）中RFID节点布置为正方形，步骤2）中，当R<L≤2R时，判断布置的RFID节点定位有效，其中L为相邻RFID节点的距离，R为RFID节点的有效读取半径。

5.如权利要求4所述的一种面向移动机器人的RFID定位节点布置方法，其特征在于：步骤3）中，若平面空间面积M×N，则平面空间内所需的RFID数量最少为：

其中

表示向下取整。

6.如权利要求3所述的一种面向移动机器人的RFID定位节点布置方法，其特征在于：当步骤1）中RFID节点布置为正三角形时，步骤2）中，当R<L≤2R时，判断布置的RFID节点定位有效，其中L为相邻RFID节点的距离，R为RFID节点的有效读取半径。

7.如权利要求4所述的一种面向移动机器人的RFID定位节点布置方法，其特征在于：步骤3）中，若平面空间面积M×N，则空间所需的RFID数量最少为：

其中

表示向下取整。

8.面向移动机器人的RFID辅助定位导航方法，包括如下步骤：

1）移动机器人通过激光传感器和声纳传感器扫描周边环境数据；

2）判断是否定位成功，若定位成功则执行步骤4），若定位失败则执行步骤3）；

3）进行RFID定位节点布置，然后进行RFID辅助移动机器人定位，返回步骤2）判断定位是否成功；所述RFID定位节点布置方法包括如下步骤：

31）布置RFID节点；

32）评价步骤31）布置的RFID节点定位的有效性，若无效，则返回步骤31）重新布置；

33）计算空间所需的RFID节点数；

34）按步骤33）计算所得的RFID节点数重新布置RFID节点；

4）利用移动机器人当前定位位置与目的地位置，规划移动机器人行走路径，并开始行走；

5）在移动机器人行走过程中，利用激光传感器和声纳传感器开展实时避障，绕开移动机器人行走过程中遇到的障碍物；

6）判断是否到达目的地，若未到达目的地，则执行步骤1）再次定位，若到达目的地则结束。

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