CN105319531A - 室内机器人定位系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种室内机器人定位系统及其定位方法，涉及一种电信技术领域的定位系统及定位方法，包括定位模块、工控机模块、PLC模块和移动模块，用RFID技术测距，通过所述定位模块可获得所述机器人实时位置，所述工控机模块包括上位机软件，是数据处理中心，与所述定位模块和所述PLC模块进行通信，所述PLC模块控制设置于机器人底部的伺服电机进行x方向和y方向的位移。RFID技术可以保证较高的定位精确性，相应的工控机模块和PLC模块使定位系统更加合理、有效。通过对机器人位置的实时定位，可使机器人在仓库、厂房和大型百货商店等室内环境下执行导航、搬运等任务。
Description
技术领域
本发明涉及一种电信技术领域的定位系统及定位方法，特别是一种RFID(射频识别技术，RadioFrequencyIdentification)室内定位系统及定位方法。
背景技术
目前，室内机器人虽有多种多样的测距方式以实现定位功能，如红外线测距定位系统、超声波测距定位系统、WIFI和蓝牙测距定位系统等，但有诸多条件限制因素。
在红外线测距的过程中，障碍物的表面材料、形状、温度等因素都会影响该测距系统的精度，使得定位信息达不到机器人作业的要求；在超声测距的过程中，室内多径效应严重影响系统的测量，同时，用以计算距离的时间差极短，需要极其精密的时间测量装置，而且进行三边或多边定位计算所需的硬件设施也需要高昂的成本；WIFI和蓝牙测距的原理相同，均采用基于信号强度的测距方式，该系统的缺点是定位精度低，若环境复杂容易产生信号盲区，其中蓝牙的中远距离信号传输设备价格高昂。
发明内容
从现有技术来看，用RFID技术解决室内定位问题较为理想。本实用新型的目的在于提供一种室内机器人定位系统及其定位方法,用RFID技术实现测距。
本发明室内机器人定位系统及其定位方法通过以下的技术方案实现：
室内机器人定位系统，包括定位模块、工控机模块、PLC模块和移动模块，其中：
定位模块包括RFID读写器、RFID标签、无线网络和机器人，RFID标签作为定位参考点，RFID标签等距地铺满整个机器人运动平面，RFID读写器置于机器人底部，并与无线网络相连，无线网络作为通信载体，RFID标签接收距离20cm内的RFID读写器发来的射频信息，经过调制、解码进行判断，将存储的位置信息发出去，实现反馈，RFID读写器接收反馈信息并将之传递给工控机模块；
工控机模块包括上位机软件，上位机软件包括通信模块、数据处理模块、定位算法模块、显示模块和运动模块，通信模块与PLC模块和RFID读写器进行通信；数据处理模块检查RFID读写器传递的反馈信息是否合法、确定发出该反馈信息的RFID标签与机器人的距离；定位算法模块根据得到的标签距离，利用定位算法得到机器人的位置坐标，显示模块显示机器人运动平面内的RFID标签的位置坐标、机器人的运动轨迹，并且可以选择目标坐标点，运动模块将目标坐标点与当前位置坐标比较，获得要进行的x、y方向的位移距离并换算成脉冲数，发送到PLC模块；
移动模块包括伺服电机和导轨，两个伺服电机设置在机器人底部，分别为x向伺服电机和y向伺服电机，PLC模块控制x向伺服电机和y向伺服电机的运动。
室内机器人的定位方法步骤如下：
（1）打开设备，各模块正常运行；
（2）RFID读写器发射射频信息、接收机器人周围的RFID标签的反馈信息并传递给工控机模块；
（3）数据处理模块检查RFID读写器传递的反馈信息是否合法、确定发出该反馈信息的RFID标签与机器人的距离；
（4）定位算法模块根据算法得到机器人的位置坐标；
（5）在显示模块中选取目标坐标点；
（6）运动模块将目标坐标点与当前位置坐标比较，获得要进行的x、y方向的位移距离并换算成脉冲数，发送到所述PLC模块；
（7）PLC模块控制x向伺服电机和y向伺服电机的运动，使机器人移动到目标点。
优选地，本发明室内机器人定位系统及其定位方法的硬件连接关系为：RFID读写器置于机器人底部，机器人与工控机模块连接，工控机模块与PLC模块连接，PLC模块与导轨连接，导轨与x向伺服电机连接、与y向伺服电机连接。
作为本发明室内机器人定位系统及其定位方法的一种改进，当多个RFID标签处于RFID读写器识别范围之内时，各RFID标签之间会产生信号干扰，有可能造成RFID读写器与RFID标签之间的通信失败。因此RFID读写器识别RFID标签的个数为一个以上。
作为本发明室内机器人定位系统及其定位方法的一种改进，限于RFID标签的摆放间距和RFID读写器对RFID标签的识别距离，RFID读写器识别的RFID标签的个数为1~3个，当RFID读写器识别到的RFID标签个数为1时，则以该标签的坐标为机器人的位置；当RFID读写器识别到的RFID标签个数为2时，则以两标签的中点坐标为机器人位置；当RFID读写器识别到的RFID标签个数为3个时，则以三个标签坐标组成的三角形的质心为机器人位置。
本发明的有益效果在于，系统采用的RFID技术可以保证较高的定位精确性，相应的工控机模块和PLC模块使定位系统更加合理、有效。通过对机器人位置的实时定位，可使机器人在仓库、厂房和大型百货商店等室内环境下执行导航、搬运等任务。例如：工厂物料搬运，超市商品导航，物流仓库搬运，图书馆。
附图说明
图1是本发明室内机器人定位系统及其定位方法的结构框图。
图2是本发明室内机器人定位系统及其定位方法的硬件连接关系示意图。
图3是本发明室内机器人定位系统及其定位方法的运行流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作详细说明：
实施例1
如图1所示，室内机器人定位系统包括工控机模块、PLC模块、定位模块和移动模块。定位模块包括RFID读写器、RFID标签、无线网络和机器人，RFID标签作为定位参考点，等距地铺满整个机器人运动平面，RFID读写器置于机器人底部，并与无线网络相连，无线网络作为通信载体，、RFID标签接收距离20cm内的RFID读写器发来的射频信息，经过调制、解码进行判断，将存储的位置信息发出去，实现反馈，当多个RFID标签处于RFID读写器识别范围之内时，各RFID标签之间会产生信号干扰，有可能造成RFID读写器与RFID标签之间的通信失败，因此RFID读写器识别RFID标签的个数从1个到多个不等，RFID读写器接收RFID发射的反馈信息并将之传递给工控机模块。工控机模块包括上位机软件，上位机软件包括通信模块、数据处理模块、定位算法模块、显示模块和运动模块，通信模块与PLC模块和RFID读写器进行通信；数据处理模块检查RFID读写器传递的反馈信息是否合法、确定发出该反馈信息的RFID标签与机器人的距离；定位算法模块根据得到的标签距离，利用定位算法得到机器人的位置坐标，限于RFID标签的摆放间距和RFID读写器对RFID标签的识别距离，RFID读写器识别的RFID标签的个数为1~3个，当RFID读写器识别到的RFID标签个数为1时，则以该标签的坐标为机器人的位置；当RFID读写器识别到的RFID标签个数为2时，则以两标签的中点坐标为机器人位置；当RFID读写器识别到的RFID标签个数为3个时，则以三个标签坐标组成的三角形的质心为机器人位置。显示模块显示机器人运动平面内的RFID标签的位置坐标、机器人的运动轨迹，并且可以选择目标坐标点；运动模块将目标坐标点与当前位置坐标比较，获得要进行的x、y方向的位移距离并换算成脉冲数，发送到PLC模块；移动模块包括导轨和伺服电机，两个伺服电机设置在机器人底部，分别为x向伺服电机和y向伺服电机，PLC模块控制x向伺服电机和y向伺服电机的运动。
如图2所示，本发明室内机器人定位系统及其定位方法的硬件连接关系为：RFID读写器置于机器人底部，机器人与工控机模块连接，工控机模块与PLC模块连接，PLC模块与导轨连接，导轨与x向伺服电机连接、与y向伺服电机连接。
实施例2
如图3所示，本发明室内机器人的定位方法为：（1）打开设备，各模块正常运行；（2）RFID读写器发射射频信息、接收机器人周围的RFID标签的反馈信息并传递给工控机模块；（3）数据处理模块检查RFID读写器传递的反馈信息是否合法、确定发出该反馈信息的RFID标签与机器人的距离；（4）定位算法模块根据算法得到机器人的位置坐标；（5）在显示模块中选取目标坐标点；（6）运动模块将目标坐标点与当前位置坐标比较，获得要进行的x、y方向的位移距离并换算成脉冲数，发送到所述PLC模块；（7）PLC模块控制x向伺服电机和y向伺服电机的运动，使机器人移动到目标点。
本发明并不局限于上述实施例，作为普通技术人员在不经过创造性劳动基础上所作的简单变换均应视为属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.室内机器人定位系统，其特征在于，所述定位系统包括定位模块、工控机模块、PLC模块和移动模块，其中：
所述定位模块包括RFID读写器、RFID标签、无线网络和机器人，所述RFID标签作为定位参考点，所述RFID标签等距地铺满整个机器人运动平面，所述RFID读写器置于所述机器人底部，并与所述无线网络相连，所述无线网络作为通信载体，所述RFID标签接收距离20cm内的RFID读写器发来的射频信息，经过调制、解码进行判断，将存储的位置信息发出去，实现反馈，所述RFID读写器接收反馈信息并将之传递给所述工控机模块；
所述工控机模块包括上位机软件，所述上位机软件包括通信模块、数据处理模块、定位算法模块、显示模块和运动模块，所述通信模块与所述PLC模块和所述RFID读写器进行通信；所述数据处理模块检查所述RFID读写器传递的反馈信息是否合法、确定发出该反馈信息的RFID标签与所述机器人的距离；所述定位算法模块根据得到的标签距离，利用定位算法得到所述机器人的位置坐标，所述显示模块显示机器人运动平面内的所述RFID标签的位置坐标、所述机器人的运动轨迹，并且可以选择目标坐标点，所述运动模块将目标坐标点与当前位置坐标比较，获得要进行的x、y方向的位移距离并换算成脉冲数，发送到所述PLC模块；
所述移动模块包括伺服电机和导轨，两个所述伺服电机设置在所述机器人底部，分别为x向伺服电机和y向伺服电机，所述PLC模块控制所述x向伺服电机和y向伺服电机的运动。
2.室内机器人定位方法，其特征在于，所述室内机器人定位系统的定位步骤如下：
打开设备，各模块正常运行；
所述RFID读写器发射射频信息、接收所述机器人周围的RFID标签的反馈信息并传递给所述工控机模块；
所述数据处理模块检查所述RFID读写器传递的反馈信息是否合法、确定发出该反馈信息的RFID标签与所述机器人的距离；
所述定位算法模块根据算法得到所述机器人的位置坐标；
在所述显示模块中选取目标坐标点；
所述运动模块将目标坐标点与当前位置坐标比较，获得要进行的x、y方向的位移距离并换算成脉冲数，发送到所述PLC模块；
所述PLC模块控制所述x向伺服电机和y向伺服电机的运动，使所述机器人移动到目标点。
3.如权利要求1所述的室内机器人定位系统，其特征在于，所述室内机器人定位系统的硬件连接关系为：所述RFID读写器置于所述机器人底部，所述机器人与所述工控机模块连接，所述工控机模块与所述PLC模块连接，所述PLC模块与所述导轨连接，所述导轨连接x向伺服电机和y向伺服电机。
4.如权利要求1所述的室内机器人定位系统，其特征在于，RFID读写器识别RFID标签的个数为一个以上。
5.如权利要求2所述的室内机器人定位方法，其特征在于，所述RFID识别RFID标签的个数为1~3个，当所述RFID读写器识别到的所述RFID标签个数为1时，则以该标签的坐标为机器人的位置；当所述RFID读写器识别到的所述RFID标签个数为2时，则以两标签的中点坐标为机器人位置；当所述RFID读写器识别到的所述RFID标签个数为3个时，则以三个标签坐标组成的三角形的质心为机器人位置。
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Publications (1)
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