CN104703118A - 一种室内机器人基于蓝牙技术定位移动终端的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及室内机器人基于蓝牙技术定位移动终端的系统，包括室内机器人、服务器、蓝牙节点以及移动终端，室内机器人接收服务器的指令进行室内场景扫描，扫描数据回传给服务器以创建初步的室内地图；服务器将蓝牙节点的图标设定在所获得的室内地图上，并对应计算出该蓝牙节点的相应坐标，形成标准室内地图；对照室内蓝牙节点的坐标在实际场景中设置蓝牙节点；蓝牙节点与服务器建立关联关系；移动终端与蓝牙节点相连；并将连接的蓝牙节点信息传至服务器；服务器实时检测移动终端最近蓝牙节点位置，并得到该蓝牙节点坐标A；根据蓝牙节点与移动终端的位置关系，确定移动终端的绝对坐标B；服务器将坐标B信息发送给机器人；机器人定位移动终端。

Description

一种室内机器人基于蓝牙技术定位移动终端的系统

技术领域

本发明涉及室内机器人移动的系统，特别是涉及一种室内机器人基于蓝牙技术定位移动终端的系统。

背景技术

随着通讯技术的飞速发展，几乎每个人都会携带至少一种移动终端，例如，手机、Pad等，而这些移动终端内基本都可设置有蓝牙功能。同时，随着机器人技术的不断发展，越来越多的服务型机器人被广泛应用于人们的工作生活中。但是室内服务型机器人设备通常在没有或很少来自用户或操作人员操作的环境内行走。而对于许多家庭或商业用途而言，能够实现或便于室内机器人定位导航进行移动控制的要求则趋向更简便灵活。

在现有技术中，为了有效地判断位置并使移动机器人移动，需要移动机器人生成机器人正在移动的空间的地图，并需要识别机器人在空间中的位置。在工业领域，由于有严格的工作流程和工作位置，若想让机器人到达某一目标附近，一种方法是在机器人的轨迹地图上标记该目标的工作位置，让机器人到达其工作位置即可。这种方式限制了目标的移动，在类似于餐馆或车间等固定台桌的场地中是比较合适的，一旦目标位置发生了移动，机器人便无法到达指定目标。还一种解决方法是地面上贴上磁条，机器人按照磁条路径行进，到达磁条上得某一目标附近。因为无法确定目标的位置，所以根据提前设定行进距离来进行标记餐桌或工位。此外，在服务型机器人市场领域，在机器人安装声纳传感器，或是在被追踪目标身上佩戴相应的模块，以及利用机器人上的激光仪器采用激光扫描来对前方的物体进行3D检测实现定位，但上面的定位都是在已经发现被追踪目标的前提下进行的。此外，在机器人身上安装全球定位系统 (Global Positioning System，GPS)模块，被追踪目标上也设置具有GPS功能的设备，则被追踪目标上的GPS设备会将其位置坐标实时的同步到服务器上，机器人从服务器获取该被追踪目标的GPS位置坐标，结合自身的GPS位置坐标，判断移动的方向和距离。但这种方式主要用于飞行器，或在开阔的室外环境中运行的陆地机器人，在室内或建筑物比较密集的环境中会存在很大的位置误差。而室内的机器人更多的运行与室内或建筑较密集的环境中，使用GPS无法满足机器人定位被追踪目标的要求。此外现有技术中，更多的是机器人定位蓝牙节点，定位精度不高。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明提供一种室内机器人基于蓝牙技术定位移动终端的系统，包括室内机器人、服务器、蓝牙节点以及移动终端，室内机器人通过无线网络接收服务器发送的指令进行室内区域的场景扫描，将获得的扫描数据回传给服务器以创建初步的室内地图；服务器基于已创建初步的室内地图，将作为蓝牙定位标的蓝牙节点的图标设定在所获得的室内地图上，并对应计算出该蓝牙定位标在所述室内地图上的相应坐标，形成标准室内地图；根据所获得的标准室内地图，对照在标准室内地图中室内蓝牙定位标的坐标位置，在实际室内场景中对应的位置上设置蓝牙节点；蓝牙节点与服务器建立关联关系；移动终端通过其上的蓝牙模块与布置在室内的蓝牙节点相连；并通过无线网络，将连接到的蓝牙节点的ID信息上传至服务器；服务器实时检测移动终端在哪个蓝牙节点附近，并得到该蓝牙节点的坐标A；并根据蓝牙节点与移动终端之间的位置关系，确定移动终端在标准室内地图上的绝对坐标B；服务器将坐标B信息发送给机器人；机器人定位移动终端。

所述蓝牙节点的ID信息中包含标识信息和坐标信息，与移动终端建立ACL链路连接。

所述服务器通过无线网络用于接收上传连接到的蓝牙节点的ID信息，获取标记有该蓝牙节点所处位置信息的地图坐标；移动终端可利用蓝牙指纹定位和/或蓝牙三角定位获得标准地图中的绝对坐标B。

所述的室内机器人通过总线连接以下单元模块：

控制单元，主要是一个可编程的线路线，负责将一个去某个坐标的指令转换成具体指令操控行进系统完成动作；

存储单元，用于存储数据信息；

通讯单元，由路由器线路板和Socket通讯程序组成，主要负责和服务器进行通讯和数据交互；

地图及位置测量系统，由激光雷达传感器、存储模块、计算模块组成。通过扫描周围环境建立一套地图和坐标系统，并可获知机器人在当前空间地图中的坐标位置；

行进系统，主要由电机、滚轮组成，主要完成智能机器人的前进、后退、向左转、向右转的基本行进动作；

以及供电系统，由红外线传感器、电池组等组成，实现智能机器人的供电，并在电量小得时候回到充电桩进行充电。

进一步还包括：躲避障碍系统：由碰撞传感器和超声波传感器组成，实时获知机器人周围的障碍物。

进一步还包括：智能语音交互系统：以及主要由Pad组成，获得当前用户的语音输入并和中控服务器进行交互，获得相关知识及内容，并通过语音合成音频文件朗读。

所述服务器包括：

处理单元，能够对初步的室内地图进行地图校正，比照实际场景完成去噪和优化，以形成与室内实际场景相匹配的基础室内地图，并根据所获得的基础室内地图，形成标准室内地图；

存储单元，存储地图信息和接收到的位置关系信息，以及坐标信息；

控制单元，对机器人和/或蓝牙节点进行控制操作；

以及通讯单元，跟机器人、蓝牙节点和/或移动终端进行数据信息通讯；

其中，上述各个单元彼此电连接。

所述蓝牙设备包括：定位模块，通讯模块、蓝牙模块以及电源装置，上述各个模块彼此电连接；所述蓝牙节点实时向外界发出蓝牙信号，所述蓝牙信号信息中包括各蓝牙节点的唯一ID即设备ID，设备场强值RSSI， 设备电量值。

所述移动终端包括：处理单元、通讯单元、蓝牙模块以及电源单元，上述单元彼此电连接；所述的移动终端设置唯一ID，移动终端实时接收蓝牙节点发出的蓝牙信号，使得移动终端可与特定的蓝牙节点对应以建立位置关系。

所述移动终端和蓝牙节点是指包括至少一个移动终端，和一个蓝牙节点；或者包括至少一个移动终端，和多个蓝牙节点。

本发明的有益的技术效果在于：使得室内机器人基于蓝牙技术在室内实现定位移动终端的目的。同时，进一步地，将移动终端和用户一一对应，从而也能实现室内机器人定位用户的目的，在应用方面更便于例如公司企业内部的机器人与工作人员之间的人机交互和操作管理，此外，与现有技术不同的是，本发明的室内机器人通过服务器与蓝牙节点的关联关系，以及蓝牙节点与移动终端的关联关系，将现有技术更有效的集成在一起最终实现室内机器人对移动终端的定位，比现有技术中实现的机器人定位蓝牙节点的方法中的定位精度更高。

附图说明

图1是本发明涉及的系统中一个蓝牙节点示例的示意图。

图2是本发明涉及的系统中多个(二个)蓝牙节点示例的示意图。

图3是本发明涉及的系统的时序图。

图4是本发明系统中涉及的室内机器人的示意图。

图5复本发明系统中涉及的服务器的示意图。

图6是本发明系统中涉及的蓝牙节点的示意图。

图7是本发明系统中涉及的移动终端的示意图。

图8是本发明涉及的实施例中服务器生成的室内标准地图的示意图。

图9是本发明涉及的实施例中对照室内标准地图的实际场景的示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例结合附图作详细说明，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于下述的实施例。

如图1、2所示，本实施例中的移动终端和蓝牙节点是指包括至少一个移动终端，和一个蓝牙节点；或者包括至少一个移动终端，和多个蓝牙节点。具体的系统包括：室内机器人(1)、服务器(2)、蓝牙节点(3)以及移动终端(4)。

如图3所示，室内机器人通过无线网络接收服务器发送的指令进行室内区域的场景扫描，S1将获得的扫描数据回传给服务器以创建初步的室内地图；服务器基于已创建初步的室内地图，将作为蓝牙定位标的蓝牙节点的图标设定在所获得的室内地图上，并对应计算出该蓝牙定位标在所述室内地图上的相应坐标，形成标准室内地图；根据所获得的标准室内地图，对照在标准室内地图中室内蓝牙定位标的坐标位置；S2在实际室内场景中对应的位置上设置蓝牙节点；S3蓝牙节点与服务器建立关联关系；S4移动终端通过其上的蓝牙模块与布置在室内的蓝牙节点相连；并通过无线网络，将连接到的蓝牙节点的ID信息上传至服务器；S5服务器实时检测移动终端在哪个蓝牙节点附近，并得到该蓝牙节点的坐标A；S6并根据蓝牙节点与移动终端之间的位置关系，确定移动终端在标准室内地图上的绝对坐标B；S7服务器将坐标B信息发送给机器人；S8机器人定位移动终端。

进一步地，服务器基于已创建的初步的室内地图，进行地图校正，比照实际场景完成去噪和优化过程；形成与室内实际场景相匹配的基础室内地图，并根据所获得的基础室内地图，最终形成标准室内地图。

如图4所示，所述的室内机器人1通过总线连接以下单元模块：

控制单元101，主要是一个可编程的线路线，负责将一个去某个坐标的指令转换成具体指令操控行进系统完成动作；存储单元102，用于存储数据信息；通讯单元103，由路由器线路板和Socket通讯程序组成，主要负责和服务器进行通讯和数据交互；地图及位置测量系统104，由激光雷达传感器、存储模块、计算模块组成。通过扫描周围环境建立一套地图和坐标系统，并可获知机器人在当前空间地图中的坐标位置；行进系统105， 主要由电机、滚轮组成，主要完成智能机器人的前进、后退、向左转、向右转的基本行进动作；以及供电系统106，由红外线传感器、电池组等组成，实现智能机器人的供电，并在电量小得时候回到充电桩进行充电。还包括：躲避障碍系统：由碰撞传感器和超声波传感器组成，实时获知机器人周围的障碍物。进一步还包括：智能语音交互系统：以及主要由Pad组成，获得当前用户的语音输入并和中控服务器进行交互，获得相关知识及内容，并通过语音合成音频文件朗读。

如图5所示，所述服务器2包括：处理单元201，能够对初步的室内地图进行地图校正，比照实际场景完成去噪和优化，以形成与室内实际场景相匹配的基础室内地图，并根据所获得的基础室内地图，形成标准室内地图；存储单元202，存储地图信息和接收到的位置关系信息，以及坐标信息；控制单元203，对机器人和/或蓝牙节点进行控制操作；以及通讯单元204，跟机器人、蓝牙节点和/或移动终端进行数据信息通讯；其中，上述各个单元彼此电连接。

如图6所示，蓝牙设备3包括：定位模块301，通讯模块302、蓝牙模块303以及电源装置304，各个模块彼此电连接。所述蓝牙节点实时向外界发出蓝牙信号，所述蓝牙信号信息中包括各蓝牙节点的唯一ID即设备ID，设备场强值RSSI，设备电量值。

如图7所示，所述移动终端4包括：处理单元401、通讯单元402、蓝牙模块403以及电源单元404，上述单元彼此电连接；所述的移动终端设置唯一ID，移动终端实时接收蓝牙节点发出的蓝牙信号，使得移动终端可与特定的蓝牙节点对应以建立位置关系

并且，在实际应用时，在标准室内地图中布置蓝牙节点并设定坐标，具体为：如图8、9所示，初始化室内智能机器人，通过服务器操控机器人在场所内走一遍，机器人内置的激光摄像头传感器进行激光测距并得到周围距离并生成地图数据，地图数据然后回传到服务器。可通过人工方式在地图上标记所有蓝牙节点的坐标点(横纵坐标)，并把坐标值也存入服务器。即，可人为放置蓝牙节点，并在地图中标记出来。

进一步地，移动终端与蓝牙节点建立关联，并将关联信息回传服务 器，确定相对于蓝牙节点的相对坐标。蓝牙节点实时发送蓝牙信号，移动终端实时检测蓝牙节点，两者之间的相对坐标实时反映两者位置关系。移动终端可利用蓝牙指纹定位或蓝牙三角定位获得标准地图中移动终端的绝对坐标。

所述的移动终端设置唯一ID，移动终端实时接收蓝牙节点发出的蓝牙信号，可以是一个蓝牙节点也可以多个蓝牙节点发出的，所述蓝牙信号中包括设备ID，设备场强值RSSI，设备电量值。使得移动终端可与特定的蓝牙节点对应以建立位置关系。

移动终端每隔1秒更新位置信息，具体为：移动终端将距离自身最近的蓝牙节点的标识信息以及自身的标识信息对应的发送至服务器。

所述用户终端根据所述蓝牙信号计算，得到每个蓝牙节点与所述移动终端之间的距离包括：

这里，计算蓝牙节点与用户终端之间的距离，可通过现有技术中的算法完成，例如：Distance＝(c+b×Math.pow(ratio，a))×rssiCorrection

若ratio≤1，则Distance＝Math.pow(ratio,m)×rssiCorrection

$\mathrm{rssiCorrectiong}=g+\mathrm{Math}.\mathrm{pow}(\mathrm{Math}.\mathrm{abs}\left(\mathrm{rssi}\right),d)\%\frac{e}{f}$

其中，a、b、c、d、e、f、g和m均为常数，a为7.71，b为0.89978，c为0.103，d为3，e为10，f为150，g为0.96，m为9.98；Distance表示用户终端与当前蓝牙节点之间的距离，ratio表示用户终端接收到当前蓝牙节点的接收的信号强度指示值与距离用户终端1米处的蓝牙节点的接收的信号强度指示值之间的比值，rssiCorrection表示第一中间值，Math.pow为求幂的数学公式，Math.abs为求绝对值的数学公式，表示Math.pow(Math.abs(rssi),d)对求余。

记录Distance小于3米，与移动终端的距离小于3米的蓝牙节点的设备ID。如果有1个以上的蓝牙节点距离移动终端均在3米之内，则记录与移动终端距离最短的蓝牙节点的设备ID。

移动终端可接收多个蓝牙节点的蓝牙信号，移动终端只将预设区域内距离自身最近的蓝牙节点与自身的对应关系发送至服务器，移动终端与蓝牙节 点之间的对应关系可通过移动终端与蓝牙节点各自的ID表示，如表1所示：

移动终端ID	蓝牙节点ID	最后一次捕捉时间
			00618	54232	2014/08/0715:34:01
00618	34098	2014/08/0716:01:22

表1

其中，表1中的“最后一次捕捉时间”为获取移动终端与蓝牙节点之间的对应关系的时间，较佳的，每隔1秒获取一次移动终端与蓝牙节点之间的对应关系，并对表1进行一次更新。

服务器查找每个蓝牙节点ID的坐标值，建立一个蓝牙节点在地图内的坐标关系表：

蓝牙节点ID	坐标(x，y)	地图id
			54232	5.34，6.78	0002
34098	1.21，3.78	0002

注：上表中地图id，为机器人生成的地图id，一个场所生成一个地图。例如某大厦A的4层生成一个室内地图，地图id为1；大厦A的5层生成另外一个室内地图，地图id为2。

移动终端与蓝牙节点建立关联，确定相对于蓝牙节点的相对坐标。所述的移动终端与蓝牙节点之间的相对坐标实时反映两者的位置关系，即移动终端实时检测周围的蓝牙信号，并将蓝牙信息上传到服务器，服务器查找并计算移动终端的位置坐标。移动终端进一步可利用蓝牙指纹定位和/或蓝牙三角定位获得标准地图中的绝对坐标。

随着用户的位置变更，为使服务器及时获得移动终端的位置，服务器每隔500ms查询移动终端当前位置，发现移动终端位置变更且在同一地图内，则再次给机器人发送指令新坐标，使得机器人可重新定位新位置。

将用户唯一ID与所述移动终端设置的唯一ID建立对应关联，服务器根据标准室内地图内的移动终端的位置，使得机器人确定用户的位置。

本领域技术人员应该理解，上述实施方案仅仅是为了说明的目的而所举的示例，而不是用来进行限制，凡在本申请的教导和权利要求保护范围下所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本申请要求保护的范围内。

Claims (10)

1.一种室内机器人基于蓝牙技术定位移动终端的系统，包括室内机器人(1)、服务器(2)、蓝牙节点(3)以及移动终端(4)，其特征在于，室内机器人通过无线网络接收服务器发送的指令进行室内区域的场景扫描，将获得的扫描数据回传给服务器以创建初步的室内地图；服务器基于已创建初步的室内地图，将作为蓝牙定位标的蓝牙节点的图标设定在所获得的室内地图上，并对应计算出该蓝牙定位标在所述室内地图上的相应坐标，形成标准室内地图；根据所获得的标准室内地图，对照在标准室内地图中室内蓝牙定位标的坐标位置，在实际室内场景中对应的位置上设置蓝牙节点；蓝牙节点与服务器建立关联关系；移动终端通过其上的蓝牙模块与布置在室内的蓝牙节点相连；并通过无线网络，将连接到的蓝牙节点的ID信息上传至服务器；服务器实时检测移动终端在哪个蓝牙节点附近，并得到该蓝牙节点的坐标A；并根据蓝牙节点与移动终端之间的位置关系，确定移动终端在标准室内地图上的绝对坐标B；服务器将坐标B信息发送给机器人；机器人定位移动终端。

2.根据权利要求1所述的室内机器人基于蓝牙技术定位移动终端的系统，其特征在于，所述蓝牙节点的ID信息中包含标识信息和坐标信息，与移动终端建立ACL链路连接。

3.根据权利要求1所述的室内机器人基于蓝牙技术定位移动终端的系统，其特征在于，所述服务器通过无线网络用于接收上传连接到的蓝牙节点的ID信息，获取标记有该蓝牙节点所处位置信息的地图坐标；移动终端可利用蓝牙指纹定位和/或蓝牙三角定位获得标准地图中的绝对坐标B。

4.根据权利要求1所述的室内机器人基于蓝牙技术定位移动终端的系统，其特征在于，所述的室内机器人(1)通过总线连接以下单元模块：控制单元(101)，主要是一个可编程的线路线，负责将一个去某个坐标的指令转换成具体指令操控行进系统完成动作；

存储单元(102)，用于存储数据信息；

通讯单元(103)，由路由器线路板和Socket通讯程序组成，主要负责和服务器进行通讯和数据交互；

地图及位置测量系统(104)，由激光雷达传感器、存储模块、计算模块组成。通过扫描周围环境建立一套地图和坐标系统，并可获知机器人在当前空间地图中的坐标位置；

行进系统(105)，主要由电机、滚轮组成，主要完成智能机器人的前进、后退、向左转、向右转的基本行进动作；

以及供电系统(106)，由红外线传感器、电池组等组成，实现智能机器人的供电，并在电量小得时候回到充电桩进行充电。

5.根据权利要求4所述的室内机器人基于蓝牙技术定位移动终端的系统，其特征在于，进一步还包括：躲避障碍系统：由碰撞传感器和超声波传感器组成，实时获知机器人周围的障碍物。

6.根据权利要求4所述的室内机器人基于蓝牙技术定位移动终端的系统，其特征在于，进一步还包括：智能语音交互系统：以及主要由Pad组成，获得当前用户的语音输入并和中控服务器进行交互，获得相关知识及内容，并通过语音合成音频文件朗读。

7.根据权利要求1所述的室内机器人基于蓝牙技术定位移动终端的系统，其特征在于，所述服务器(2)包括：

处理单元(201)，能够对初步的室内地图进行地图校正，比照实际场景完成去噪和优化，以形成与室内实际场景相匹配的基础室内地图，并根据所获得的基础室内地图，形成标准室内地图；

存储单元(202)，存储地图信息和接收到的位置关系信息，以及坐标信息；

控制单元(203)，对机器人和/或蓝牙节点进行控制操作；

以及通讯单元(204)，跟机器人、蓝牙节点和/或移动终端进行数据信息通讯；其中，上述各个单元彼此电连接。

8.根据权利要求1所述的室内机器人基于蓝牙技术定位移动终端的系统，其特征在于，所述蓝牙设备(3)包括：定位模块(301)，通讯模块(302)、蓝牙模块(303)以及电源装置(304)，上述各个模块彼此电连接；所述蓝牙节点实时向外界发出蓝牙信号，所述蓝牙信号信息中包括各蓝牙节点的唯一ID即设备ID，设备场强值RSSI，设备电量值。

9.根据权利要求1所述的室内机器人基于蓝牙技术定位移动终端的系统，其特征在于，所述移动终端(4)包括：处理单元(401)、通讯单元(402)、蓝牙模块(403)以及电源单元(404)，上述单元彼此电连接；所述的移动终端设置唯一ID，移动终端实时接收蓝牙节点发出的蓝牙信号，使得移动终端可与特定的蓝牙节点对应以建立位置关系。

10.根据权利要求1所述的室内机器人基于蓝牙技术定位移动终端的系统，其特征在于，所述移动终端和蓝牙节点是指包括至少一个移动终端，和一个蓝牙节点；或者包括至少一个移动终端，和多个蓝牙节点。