CN106597360B

CN106597360B - 基于rfid的机器人对室内目标实时动态定位监控方法

Info

Publication number: CN106597360B
Application number: CN201611170512.8A
Authority: CN
Inventors: 李颖; 刘晓旭; 孙广越
Original assignee: Xidian University
Current assignee: Xidian University
Priority date: 2016-12-16
Filing date: 2016-12-16
Publication date: 2019-03-26
Anticipated expiration: 2036-12-16
Also published as: CN106597360A

Abstract

本发明公开了一种基于RFID的机器人对室内目标实时动态定位监控方法，利用RFID与机器人解决室内定位监控实时性差、成本高问题。“协助定位标签”布局室内固定物上以坐标定位，“需要定位标签”贴目标以定位监控，行走机器人安装RFID阅读器，阅读器与标签信息交互。标签编码设标签ID、类别及监测目标信息。将阅读器检测到的信号强度大到小分档，对应近到远距离分档，机器人通过“协助定位标签”更新自身坐标，检到“需要定位标签”通过信号强度档位得机器人与目标距离，实现定位，结果存数据库，判断安全性，不安全报警。本发明计算简洁，响应快，成本低，设置灵活。用于展馆、仓库等物品安全监控，及养老院幼儿园等人员的安全监控。

Description

基于RFID的机器人对室内目标实时动态定位监控方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，主要涉及RFID的识别与定位技术，具体是一种基于RFID的机器人对室内目标实时动态定位监控方法，用于室内小范围人员或物体的监控。

背景技术

机器人发展日新月异，这种自动执行工作的机器装置既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据人工智能技术指定的原则行动，从而协助或取代人类的一些工作。而人们日常生活经常接触到的，往往是室内机器人技术。它与人们生活息息相关，给人们的生活带来很大的帮助，已经成为未来生活不可分割的一部分。

室内机器人移动过程中，有三个主要的问题：在哪里，去哪里，怎么去。而这些问题的核心，就是室内机器人定位技术。使用GPS技术无法工作在室内，因为GPS定位精度非常低，而Wi-Fi地理定位技术的定位精度最大也仅能达到2米。

比如，随着人口老龄化的加剧，如何照顾以及看护数量庞大的老人成为现今社会的难题，将老人送进养老院并不能完全解决老人的安全与看护问题，因为没有足够多的医护人员对老人进行一对一的看护，存在监护人员不足的问题。

比如，展览场馆或仓库中，若有些需要监控的展示品或物品被从应该安置的位置移开，无法及时发现，存在人员监控疏漏问题，仓库中有些物品不易寻找的问题，以及危险物品被移开可能导致安全隐患的问题等等。

当前人员监控方法主要采用的是人脸图像识别技术，计算复杂度非常高，采用GPS定位针对假释人员的活动范围监控，这种监控方法不适用于室内，而采用RFID定位监控的方案主要是针对矿井搜救的研究，将RFID标签作为呼救器，RFID阅读器作为搜救器；为了解决上述问题，田智嘉等人在其2013年的硕士论文《基于智能标签的重点人员监护系统设计》中提出，通过在室内需要监控区域的墙壁上将RFID阅读器进行网格式铺设，需要监控的人员携带一个特定的RFID标签的方式，利用双频RFID智能标签，基于RSSI的LANDMARC定位算法及区域定位算法为核心，计算人所携带的标签所在的具体坐标，从而实现对人员的监控。

这种方法为人员的精确监控提出了一种方法，但是具体实施过程中需要在室内监控区域的墙壁进行等间距网格式铺设很多RFID阅读器，这将导致成本过高；在人员定位过程中既采用LANDMARC定位算法又采用区域定位算法，计算复杂度较高，计算量较大，工程实时性不强，响应时间较长，导致很难实现人员的实时监控。

发明内容

本发明目的在于克服上述技术的缺陷，提出一种基于RFID的机器人对室内目标实时动态定位监控方法，利用机器人自带RFID阅读器对需要定位与监控的标签实时定位的基于RFID的机器人对室内目标体实时动态定位监控的方法。用于解决现有RFID的室内定位监控方法中存在的实时性不强，计算复杂度高，以及成本高的问题。

本发明是一种基于RFID的机器人对室内目标实时动态定位监控方法，其特征在于，实现过程中涉及RFID定位和在室内行走的机器人，基于RFID标签的信号强度值大小实现对目标体的定位与监控，具体包括如下步骤：

1)对室内需要监控的区域进行RFID标签的初始化部署，具体步骤包括：

1a)对RFID标签分类，将RFID标签分为“协助定位标签”和“需要定位标签”两大类别，其中“协助定位标签”用于协助机器人自身定位，“需要定位标签”携带于需要定位的人或贴在需要监控的物体上，用于目标定位。

1b)对RFID标签根据标签类别不同分别进行编码。

1c)在室内不可移动物体上布局粘贴“协助定位标签”，每一个“协助定位标签”是唯一的，标注室内对应具体位置的坐标，按照使用的RFID阅读器精度要求，等间距贴上含有当前位置坐标的RFID“协助定位标签”。

1d)给监控目标粘贴上“需要定位标签”，在被定位目标上贴“需要定位标签”，“需要定位标签”中存储有安全坐标或安全区域信息。

2)给室内移动机器人安装RFID阅读器，在移动机器人两侧各安装一个RFID阅读器，该RFID阅读器与RFID标签配套使用，信息交互，当机器人行进至RFID标签附近时，主动读取RFID标签内部信息，选取两个RFID阅读器中信号强度值较大的一个检测结果为有效值。

3)将机器人上安装的RFID阅读器检测到的RFID标签信号强度值由大到小依次分为数个档位，因为RFID阅读器测量得到的标签信号强度值随RFID阅读器与RFID标签之间距离的增大而减小，相应的“需要定位标签”与机器人的距离由近到远依次分为数个档位。

4)启动机器人，机器人通过自身携带的RFID阅读器测量自身与“协助定位标签”的距离，计算机器人当前所在的精确坐标。

5)机器人开启行走程序，机器人按照内部程序规划好的路线行走，行进过程中RFID阅读器检测附近区域RFID标签的类别，当标签类别只有“协助定位标签”时，执行步骤6)，当标签类别只有“需要定位标签”时，执行步骤7)。

6)当机器人检测到的标签类别只有“协助定位标签”时，返回步骤4)实现机器人自身精确定位的更新，机器人继续按照内部指定路线程序行走。

7)当机器人检测到的标签类别只有“需要定位标签”时，通过RFID阅读器测量该“需要定位标签”的信号强度，并根据该信号强度档位判断该标签距离机器人的距离范围，结合机器人自身所在的精确位置坐标，实现对“需要定位标签”所在位置定位，并且，将该“需要定位标签”的内部信息与该标签所在位置存储到机器人内部的数据库中。

8)将“需要定位标签”的所在位置的定位结果与检测到该“需要定位标签”中存储的安全坐标或者安全区域进行对比，若携带有“需要定位标签”的目标在安全坐标附近，或者在安全区域内，机器人继续行走，重复步骤5)，否则若远离了该“需要定位标签”中存储的安全坐标或安全区域，则机器人发生报警，提醒人员进行处理；解除警报后，机器人继续行走，重复步骤5)继续执行对室内目标体实时动态定位监控。

本发明思路是：将RFID标签按照“协助定位标签”与“需要定位标签”分成两类，“协助定位标签”内部存储当前位置坐标信息，“需要定位标签”内部存储需要定位的人或物体的ID信息编码；利用机器人上携带的RFID阅读器，在机器人行进过程中，检测标签内部类别属性，若为“协助定位标签”，根据该标签内部存储的坐标对机器人位置进行定位，更新机器人当前所在的位置坐标，若为“需要定位标签”，机器人通过自带的RFID阅读器测量“需要定位标签”的信号强度，根据信号强弱确定机器人与“需要定位标签”的距离，依据该距离值以及机器人当前所在位置坐标，确定该“需要定位标签”当前所在区域，实现对该携带该“需要定位标签”目标的定位。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1.本发明使用的室内定位技术是RFID技术，与GPS与Wi-Fi地理定位技术相比，RFID识别技术的原理简单，设备成本较低，安装方便，同时相比于红外线定位方法，采用射频传输的方式，具有非视距，传输范围大的优点；而且本发明使用RFID技术，RFID阅读器与RFID标签配套使用，将RFID阅读器安置在机器人上，机器人可以按照内部规划好的路径行走，监控目标携带“需要定位标签”，对室内监控区域不可移动物体上贴上“协助定位标签”，对需要监控区域的布置更加简单，监控区域的可拓展性更强，可以应对较复杂的室内环境，灵活性较强，定位精度高的优点。

2.本发明在检测RFID标签功能的时候，通过检测RFID标签内部类别属性编码，根据标签不同类别属性进行相应的操作，其中，标签内部类别属性编码不同，代表标签功能不同；与现有的通过RFID阅读器检测到的RFID标签信号的个数来判断相应功能，识别度更高，干扰性更小；且本发明在“需要定位标签”内部还通过编码存储有定位监控目标的ID信息以及安全坐标，但是使用的技术方案不仅限于此，可以根据实际要求不同存储更多的信息，即目标信息存储具有拓展性。

3.本发明在测量“需要定位标签”位置的时候，通过机器人携带的RFID阅读器检测该标签的信号强弱，通过检测到的信号强度值与机器人当前所在位置坐标结合，确定该“需要定位标签”所处的位置区域；与现有的通过将多个RFID阅读器固定在室内墙上，并根据LANDMARC算法与区域定位算法结合计算需要定位标签位置的方法相比，具有计算复杂度更低，成本更低，实时性更强的优点。

附图说明

图1是本发明的实现流程框图；

图2是本发明“协助定位标签”的编码示意图；

图3是本发明“需要定位标签”的编码示意图；

图4是本发明RFID标签信号强度与该标签与RFID阅读器距离的关系图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明作详细说明。

当前使用较为广泛的定位技术主要有GPS定位，WIFI地理定位，红外线定位，RFID定位方法，然而使用GPS技术无法工作在室内，因为GPS定位精度非常低，约为10米，而Wi-Fi地理定位技术的定位精度最大也仅能达到2米，红外线定位方法虽然快捷有效，而且精准，但是仅能在视距范围内定位，而实际室内环境监控需要一种响应速度，成本更低，更容易应对室内复杂环境变化的一种方法，本发明正是为此展开的研究与探讨。

实施例1

本发明提供了一种基于RFID的机器人对室内目标体实时动态定位监控方法，参见图1，实现过程中涉及RFID定位和在室内行走的机器人，基于RFID标签的信号强度值大小实现对目标体的定位与监控，具体包括如下步骤：

1a)对RFID标签分类，将RFID标签按照动态定位中功能不同，将其分为属性不同的类别，具体分为“协助定位标签”和“需要定位标签”两大类别，其中“协助定位标签”用于协助机器人自身定位，“需要定位标签”携带于需要定位的人或贴在需要监控的物体上，用于目标定位。

1b)对RFID标签根据标签类别不同分别进行编码。

1c)在室内不可移动物体上布局粘贴“协助定位标签”，不可移动物体包括墙壁，固定的展台等，每一个“协助定位标签”是唯一的，标注室内对应具体位置的坐标，按照使用的RFID阅读器精度要求，等间距贴上含有当前位置坐标的RFID“协助定位标签”，若要求机器人定位精度高，则选取的“协助定位标签”之间的间隔距离短，若想测量的范围广，则选取的“协助定位标签”之间的间隔距离大，数量多，其中，“协助定位标签”的高度与机器人携带的RFID阅读器高度相同。

本发明利用RFID标签根据要求的监控区域布局“协助定位标签”，为后面的实时定位监控做准备，且布局监控区域仅需要根据“协助定位标签”标注的坐标在对应位置上粘贴标签，布局方便快捷，可拓展性高。

现有机器人技术已经可以在机器人内部存储区域地图，并且机器人根据内部设定的路径规划程序，实现按照规划路径的自行走，本发明只需在此基础上为机器人安装上RFID阅读器，实现定位监控的功能。

3)将机器人上安装的RFID阅读器检测到的RFID标签信号强度值由大到小依次分为数个档位，因为RFID阅读器测量得到的标签信号强度值随RFID阅读器与RFID标签之间距离的增大而减小，相应的“需要定位标签”与机器人的距离由近到远依次分为相应的数个档位，本例中标签信号强度值分为三个档，相应的机器人与标签距离也对应分为三个档位。

5)机器人开启行走程序，机器人在确定自身当前精确坐标后，按照内部程序规划好的路线行走，行进过程中通过自身携带的RFID阅读器检测附近区域RFID标签的类别，当检测到的标签类别只有“协助定位标签”时，执行步骤6)，当检测到的标签类别只有“需要定位标签”时，执行步骤7)。

7)当机器人检测到的标签类别只有“需要定位标签”时，通过机器人上的RFID阅读器测量该“需要定位标签”的信号强度，并根据该信号强度档位判断该标签距离机器人的距离范围，结合步骤6)定位得到的结合机器人自身所在的精确位置坐标，实现对该测量到的“需要定位标签”所在位置定位，并且，将该“需要定位标签”的内部信息与该标签所在位置存储到机器人内部的数据库中。

8)对检测到的“需要定位标签”进一步判别，将步骤7)中得到的“需要定位标签”的所在位置的定位结果与检测到该“需要定位标签”中存储的安全坐标或者安全区域进行对比，若携带有“需要定位标签”的目标在安全坐标附近，或者在安全区域内，机器人继续行走，重复步骤5)，否则若远离了该“需要定位标签”中存储的安全坐标或安全区域，则机器人发生报警，提醒人员进行处理；解除警报后，机器人继续行走，重复步骤5)继续执行对室内目标体实时动态定位监控。

本发明使用的室内定位技术是RFID技术，与GPS与Wi-Fi地理定位技术相比，RFID识别技术的原理简单，设备成本较低，安装方便，同时相比于红外线定位方法，采用射频传输的方式，具有非视距，传输范围大的优点；而且本发明使用RFID技术，RFID阅读器与RFID标签配套使用，将RFID阅读器安置在机器人上，机器人可以按照内部规划好的路径行走，监控目标携带“需要定位标签”，对室内监控区域不可移动物体上贴上“协助定位标签”，对需要监控区域的布置更加简单，监控区域的可拓展性更强，可以应对较复杂的室内环境，灵活性较强，定位精度高的优点。

实施例2

基于RFID的机器人对室内目标体实时动态定位监控方法同实施例1，RFID标签为一种可编码的电子标签，本发明在步骤1b)中对RFID标签编码，参见图2和图3，具体包括：

1b.1)RFID标签第一个字节均存储标签的ID号码，支持256个标签数量。

1b.2)第二个字节是标签类别属性编码，依据不同的标签类别进行编码，该字节内容表明或为“协助定位标签”，或为“需要定位标签”两大类别，如：1111表示“协助定位标签”，见图2，0000表示“需要定位标签”，见图3。

1b.3)从第三个字节开始，对应于标签类型，分别存储对应的定位信息。

为了标注具体定位坐标，在室内建立平面直角坐标系，在室内地面上选取适当的位置作为原点，沿一水平方向作为横坐标，与横坐标的方向垂直，垂足为原点的方向作为纵坐标。

当RFID标签第二字节内容表明为“协助定位标签”时，从第三字节开始存储该“协助定位标签”标注位置的二维坐标，以二进制编码方式，第三字节高四位存储当前坐标的横坐标值，第四位存储当前坐标的纵坐标值，具体编码格式，参见图2。

当RFID标签第二字节内容表明为“需要定位标签”时，从第三字节开始存储携带该“需要定位标签”目标的内部信息，其中，内部信息包括有ID信息与安全坐标，或者ID信息与安全区域，此处的ID信息为定位监控目标的ID信息，以二进制编码方式存储在标签第三字节；此处的安全坐标为一个具体二维坐标，以二进制编码方式，第四字节高四位存储安全坐标的横坐标值，第四字节低四位存储安全坐标的纵坐标值，安全区域是一个二维坐标范围，此时第四字节高四位存储安全坐标的横坐标值，第四字节低四位存储安全坐标的纵坐标值，第五字节以二进制编码方式存储一个距离值d_sec，即以第四字节存储的坐标为中心，距离该坐标d_sec的区域即为安全区域，具体编码格式参见图3。根据监控目标需要，还可以存储第六字节，第七字节。

本发明在检测RFID标签功能的时候，通过检测RFID标签内部类别属性编码，根据标签的不同类别进行相应类别标签对应的操作，其中，标签内部类别属性编码不同，代表标签功能不同；与现有的通过RFID阅读器检测到的RFID标签信号的个数来实现相应标签个数对应的功能操作，具有识别度更高，干扰性相对较小的优点；除此之外，对标签内部进行编码，存储的信息与实现功能的拓展性更强。

实施例3

基于RFID的机器人对室内目标体实时动态定位监控方法同实施例1-2，本发明步骤7)和步骤8)中所述的“需要定位标签”所在位置的定位的位置为，以当前机器人所在精确坐标为中心，机器人与该标签的距离R为半径的区域内，此处R的取值不是一个精确的数值，是一个数据范围。

本发明在总体设计中采用了对“需要定位标签”定位的方案，具体在步骤7)中通过RFID阅读器测量该“需要定位标签”的信号强度，并根据该信号强度档位判断该标签距离机器人的距离范围，结合机器人自身所在的精确位置坐标，实现对“需要定位标签”所在位置定位；步骤8)中“需要定位标签”所在位置的定位结果与检测到该“需要定位标签”中存储的安全坐标或者安全区域进行对比。

机器人在检测到“协助定位标签”之后，通过“协助定位标签”中的坐标计算得到机器人当前的坐标，然后当机器人遇到携带有“需要定位标签”的目标时机器人通过RFID阅读器检测得到该“需要定位标签”的信号强度值，根据当前环境下信号强度值与距离的关系，参照图4，得到当前该“需要定位标签”与机器人的距离R，即得到此时该机器人的定位结果为，以当前机器人所在的精确坐标为中心，R为半径的区域内，此处R是一个数值范围。

本发明在测量“需要定位标签”位置的时候，通过机器人携带的RFID阅读器检测该标签的信号强弱，通过检测到的信号强度值与机器人当前所在位置坐标结合，确定该“需要定位标签”所在的位置区域，即实现对携带该“需要定位标签”目标的定位，该定位结果虽然并不十分精确，但是解决了对监控目标定位监控的基本问题，并且与田智嘉等人提出的将多个RFID阅读器固定在室内墙上，据LANDMARC与区域定位算法计算标签位置的方法相比，具有计算复杂度更低，成本更低，速度更快，实时性更强的优点。

下面给出一个完整的具体实施例，对本发明进一步详细说明：

实施例4

基于RFID的机器人对室内目标体实时动态定位监控方法同实施例1-3，下面结合附图和实施例，对本发明进一步详细说明。

参照图1，本发明包括如下步骤：

步骤1，对移动机器人需要监控的区域进行RFID标签的初始化部署，具体步骤为：

1a)对RFID标签分类，具体步骤为：

将RFID标签按照所需功能不同，将其分为属性不同的类别，包括有“协助定位标签”和“需要定位标签”两类。

1b)对RFID标签编码，具体方法为：

RFID标签为一种可编码的电子标签，所有标签第一个字节均存储标签的ID号码，可以支持256个标签数量，第二个字节通过不同编码方式存储不同的标签属性，从第三个字节开始，根据标签属性不同，分别存储不同属性标签所需要的信息，在此次实例中我们将标签分成两类，“协助定位标签”与“需要定位标签”，第一个字节是RFID标签的ID号，可以支持256个标签数量，第二个字节高四位用来存储标签属性，1111表示“协助定位标签”，0000表示“需要定位标签”，第三字节处“协助定位标签”存储需标注位置的具体坐标，“需要定位标签”存储需定位人或物体的独特信息，在此处我们存储需要定位的人的人员编号；“协助定位标签”与“需要定位标签”标签数据格式设计分别参见图2与图3。

本发明按照上述方式设计标签的数据格式，但不仅限于此，可以根据需要存储的数据量对数据的存储格式做出相应的调整。

1c)在需要标注具体坐标的墙壁等不可移动的物体上贴上含有当前位置坐标的RFID“协助定位标签”；每一个“协助定位标签”是唯一的，标注室内每一个具体位置的坐标，根据不同环境或者精度需求，选取适当的RFID标签之间的间隔距离以及数量。若想精度高，则选取的间隔距离短；若想测量的范围广，则选取的标签数量多。此例中，在墙壁上水平均匀间隔10cm贴上10个RFID“协助定位标签”，为确保机器人自身定位的精度，调整机器人上携带的RFID阅读器，使其高度与墙壁上水平贴置的10个RFID“协助定位标签”的高度相同。

1d)给需要监控目标粘贴上“需要定位标签”，在被定位目标上贴“需要定位标签”，“需要定位标签”中存储有目标ID信息以及安全坐标或安全区域信息，本例中将一个“需要定位标签”贴在一个需要监控的物体上，实际应用中可以携带在老人、儿童身上，或者贴在需要定位监控的物体上，用于定位监控老人以及儿童的活动范围，以及被监控物体的防走失中。

步骤2，给室内移动机器人安装RFID阅读器，在移动机器人两侧各安装一个RFID阅读器，该RFID阅读器与RFID标签配套使用，信息交互，当机器人行进至RFID标签附近时，主动读取RFID标签内部信息，选取两个RFID阅读器中信号强度值较大的一个检测结果为有效值，因为RFID阅读器测量过程中受到信号传播影响，选取两个RFID阅读器中信号强度值较大的一个检测结果为有效值，使得测量得到的信号强度值更加精确。

步骤3，在机器人开启行走监控之前，当前环境下测量RFID阅读器检测到的RFID标签的信号强度和距离的关系，然后将机器人上安装的RFID阅读器检测到的RFID标签信号强度值由大到小依次分为数个档位，因为RFID阅读器测量得到的标签信号强度值随RFID阅读器与RFID标签之间距离的增大而减小，相应的“需要定位标签”与机器人的距离由近到远依次分为数个档位。本实例所用RFID阅读器可识别距离小于等于3米，且在1米内测量精度较高，在电磁干扰环境下，距离达到120cm时，RFID阅读器测量标签信号强度很弱，此次实施例是在室内有Wi-Fi信号，且有多台主机运行的环境下，即有一定磁场干扰的情况下测得的，与实际生活情况比较接近。RFID标签信号强度与该标签和RFID阅读器的距离关系如图4所示，可见，在一定范围之内，随着RFID阅读器与标签的距离增大，信号的强度逐渐衰减。本发明将机器人上安装的RFID阅读器检测到的RFID标签信号强度值由大到小依次分为四个档位，相应的将机器人与“需要定位标签”的距离由近到远划分为四个档位，在信号强度比较稳定的区域，设置较密集的划分区域，在本次实施例中，设定划分区间具体为:

当检测到的信号强度RSSI≥-60dBm，判定此时该“需要定位标签”距离机器人R以内，此时，R≤10cm；

当检测到的信号强度-66dBm≤RSSI<-60dBm，则判定此时该“需要定位标签”在距离机器人R以内，此时，10cm<R≤30cm；

当检测到的信号强度-75dBm≤RSSI<-66dBm，则判断此时该“需要定位标签”在距离机器人R以内，此时，30cm<R≤50cm；

当检测到的信号强度RSSI<-75dBm时，则判断此时该待定位标签在距离机器人R以内，此时，50cm<R≤120cm。

本例中采用上述方式划分四个档位，但不仅限于此，可以根据定位监控目标的精度要求做出相应的调整，比如也可以划分为三个档位，五个档位，六个档位等。

将机器人上安装的RFID阅读器检测到的RFID标签信号强度值由大到小依次分为数个档位，相应的将机器人与“需要定位标签”的距离由近到远划分为数个档位，为本发明中为“需要定位标签”定位提供了基础，使得对“需要定位标签”定位的过程更快。

步骤4，启动机器人，机器人通过自身RFID阅读器测量其与“协助定位标签”的距离，并计算机器人当前所在的位置，具体步骤为：

4a)RFID阅读器对附近N个协助定位RFID标签进行信号强度值测量，得到N个信号强度值p(d_m)，其中m表示N个RFID标签中第m个RFID“协助定位标签”，d表示“协助定位标签”和RFID阅读器之间的距离，p(d)表示RFID阅读器接收到的信号强度。

4b)任取两个步骤3a)中测得的信号强度值p(d₁)和p(d₂)，通过对数—常态

分布传播损耗模型，得到当前室内环境的信号传播常量n：

n＝(P(d₁)-P(d₂))/10lg(d₂/d₁)

其中，对数—常态分布传播损耗模型为：

其中，d表示当前室内环境下机器人上的RFID阅读器与“协助定位标签”之间的距离。

4c)将3b)求得的信号传播常量，再次代入对数—常态分布传播损耗模型，得到当前室内环境下机器人上的RFID阅读器与RFID“协助定位标签”之间的距离：

4d)利用机器人上的RFID阅读器到附近4个RFID“协助定位标签”坐标(x_i,y_i)的距离，列4个方程组并求解，进而得到机器人当前所在的坐标，其中，i表示4个RFID“协助定位标签”坐标中第i个的“协助定位标签”，坐标方程组表达式为：

(x-x_i)²+(y-y_i)²＝d_i ²

其中，d_i表示附近4个“协助定位标签”中第i个标签与RFID阅读器之间的距离，x和y分别代表机器人当前所在位置的横坐标与纵坐标，x_i与y_i分别代表当前机器人附近4个RFID“协助定位标签”坐标中第i个“协助定位标签”的横坐标与纵坐标。

步骤5，机器人在确定自身当前精确坐标后，开启行走程序，按照内部程序规划好的路线行走，行进过程中RFID阅读器检测附近区域RFID标签的类别，当标签类别只有“协助定位标签”时，执行步骤6，当标签类别只有“需要定位标签”时，执行步骤7。

步骤6，当机器人检测到的标签类别只有“协助定位标签”时，返回步骤4)实现机器人自身精确定位的更新，机器人继续按照内部指定路线程序行走。

步骤7，当机器人检测到的标签类别只有“需要定位标签”时，通过RFID阅读器测量该“需要定位标签”距离机器人的信号强度RSSI，根据测得的信号强度值，判断需要定位标签与机器人的距离范围。

结合机器人自身所在的位置坐标，从而判断该标签所在的位置为以机器人当前所在坐标为中心，距离R为半径的区域内，其中R为一个数值范围。

对实验数据进行分析整理，进行数据处理。机器人当前位置的测量坐标，测量得到的“需要定位标签”的信号强度值以及该“需要定位标签”与机器人的距离，如下表1所示：

表1

机器人坐标	RSSI(信号强度值(dBm))	距离机器人范围R(cm)
			(28，29)	-55	R≤10
(38，30)	-67	30<R≤50
			(47，30)	-64	10<R≤30
(61,30)	-72	30<R≤50
			(80，31)	-79	50<R≤120

根据表1中通过测量机器人与需要定位标签之间的距离，结合机器人自身所在坐标，实现对“需要定位标签”的定位，即该“需要定位标签”位于以当前机器人所在精确坐标为中心，半径为R的范围内，并且，将该“需要定位标签”的内部定位监控目标的ID信息与该标签所在位置存储到机器人内部的数据库中。

本发明直接利用RFID阅读器测量“需要定位标签”的信号强度值，确定该“需要定位标签”当前所在的区域，很大程度上降低了计算的复杂度，速度快，实时性高。

步骤8，对步骤7中检测到的“需要定位标签”进一步判别，将步骤7)中得到的“需要定位标签”的所在位置的定位结果与检测到该“需要定位标签”中存储的安全坐标或者安全区域进行对比，如幼儿园里携带有“需要定位标签”的儿童，当他处在安全活动区域时，即该“需要定位标签”在安全区域内，机器人继续行走，重复步骤5，否则若远离了该“需要定位标签”中存储的安全区域，即携带有该“需要定位标签”的儿童远离了安全活动范围，靠近了阳台，供电室等危险区域，则机器人发生报警，提醒相关人员前来进行处理；解除警报后，机器人继续行走，重复步骤5继续执行对室内目标体实时动态定位监控。

如在展馆中，或者在仓库中，有需要监控的物品贴有“需要定位标签”，当它安置在安全区域时，即该“需要定位标签”在安全坐标附近，机器人继续行走，重复步骤5，否则若远离了该“需要定位标签”中存储的安全坐标，即该监控的物品被挪到其他的位置，比如在特定位置的展品被挪到了其他位置，或者危险物品被更换了位置，则机器人发生报警，提醒相关人员前来进行处理；解除警报后，机器人继续行走，重复步骤5继续执行对室内目标体实时动态定位监控。

在本例中贴有“需要定位标签”的需要监控物体的安全坐标为(25,35)，当机器人得到该“需要定位标签”的定位后，若(25,35)坐标存在于该定位结果的坐标区域内，则机器人继续行走，检测RFID标签类别，若得到的该“需要定位标签”定位结果的坐标区域中不包括坐标(25,35)，则机器人发生报警，提醒人员进行处理，解除警报后，机器人继续行走，检测附近RFID标签类别，继续执行对室内目标的实时动态定位监控。

本发明中“需要监控标签”当用于监控环境中需要监控的人或物体是否处在安全区域时，标签内部从第三字节开始存储包括需要监控物品的ID信息与安全坐标，或者需要监控的人的ID信息与安全区域，该标签又可称作“需要监控标签”，应用于人员的防走失与物品的安全监控中；还可称作“需要记录标签”用于记录环境中该标签出现过的历史位置时，RFID标签内部从第三字节开始存储需要定位的人或物体的ID信息。“需要监控标签”与“需要记录标签”均是“需要定位标签”，其编码方式与“需要定位标签”相同。

综上所述，本发明公开了一种基于RFID的机器人对室内目标体实时动态定位监控方法，解决了现有RFID的室内定位监控方法中计算复杂度高，实时性较差，成本高的技术问题。实现步骤为：将RFID标签按照需求功能不同分为“协助定位标签”与“需要定位标签”两类，“协助定位标签”内部存储当前位置坐标信息，用于机器人自身坐标定位，“需要定位标签”内部存储需定位目标的独特信息编码，用于定位监控目标。标签编码设有标签ID、标签类别及监测目标相关信息。给行走的机器人安装RFID阅读器，阅读器与标签信息交互。将阅读器检测到的标签信号强度由大到小分为数个档位，对应由近到远将距离分为数个档位，机器人在行走过程中通过“协助定位标签”更新自身坐标，当检测到“需要定位标签”时，通过该标签信号强度值的档位得到机器人与目标的距离，实现对携带有该“需要定位标签”目标的定位，将该定位结果存入数据库，判断该定位监控目标是否处在安全位置，若不在，则机器人发生报警，提醒人员前来处理。本发明计算简洁，响应快，成本低，设置灵活，具有可拓展性。用于展馆、仓库等物品安全监控，及养老院幼儿园等人员的安全监控。

Claims

1.一种基于RFID的机器人对室内目标实时动态定位监控方法，其特征在于，方法实现过程中涉及RFID定位和在室内行走的机器人，基于RFID标签的信号强度值大小实现对目标的定位与监控，具体包括如下步骤：

1a)对RFID标签分类，将RFID标签分为“协助定位标签”和“需要定位标签”两大类别，其中“协助定位标签”用于协助机器人自身坐标定位，“需要定位标签”携带于需要定位的人或贴在需要监控的物体上，用于目标定位；

1b)对RFID标签根据标签类别不同分别进行编码；

1c)在室内不可移动物体上布局粘贴“协助定位标签”，每一个“协助定位标签”是唯一的，标注室内对应具体位置的坐标，按照使用的RFID阅读器精度要求，等间距贴上含有当前位置坐标的RFID“协助定位标签”；

1d)给监控目标粘贴上“需要定位标签”，在被定位目标上贴“需要定位标签”，“需要定位标签”中存储有安全坐标或安全区域信息；

2)给室内移动机器人安装RFID阅读器，在移动机器人两侧各安装一个RFID阅读器，该RFID阅读器与RFID标签配套使用，信息交互，当机器人行进至RFID标签附近时，主动读取RFID标签内部信息，选取两个RFID阅读器中信号强度值较大的一个检测结果为有效值；

3)将机器人上安装的RFID阅读器检测到的RFID标签信号强度值由大到小依次分为数个档位，因为RFID阅读器测量得到的标签信号强度值随RFID阅读器与RFID标签之间距离的增大而减小，相应的“需要定位标签”与机器人的距离由近到远依次分为与信号强度值相同的档位数；

4)启动机器人，机器人通过自身携带的RFID阅读器测量自身与“协助定位标签”的距离，计算机器人当前所在的精确坐标；

5)机器人开启行走程序，机器人按照内部程序规划好的路线行走，行进过程中RFID阅读器检测附近区域RFID标签的类别，当标签类别只有“协助定位标签”时，执行步骤6)，当标签类别只有“需要定位标签”时，执行步骤7)；

6)当机器人检测到的标签类别只有“协助定位标签”时，返回步骤4)实现机器人自身精确定位的更新，机器人继续按照内部指定路线程序行走；

7)当机器人检测到的标签类别只有“需要定位标签”时，通过RFID阅读器测量该“需要定位标签”的信号强度，并根据该信号强度档位判断该标签距离机器人的距离范围，结合机器人自身所在的精确位置坐标，实现对“需要定位标签”所在位置定位，并且，将该“需要定位标签”的内部信息与该标签所在位置存储到机器人内部的数据库中；

8)将“需要定位标签”的所在位置的定位结果与检测到该“需要定位标签”中存储的安全坐标或者安全区域进行对比，若携带有“需要定位标签”的目标在安全坐标附近，或者在安全区域内，机器人继续行走，重复步骤5)，否则若远离了该“需要定位标签”中存储的安全坐标或安全区域，则机器人发生报警，提醒人员进行处理；解除警报后，机器人继续行走，重复步骤5)继续执行对室内目标实时动态定位监控。

2.根据权利要求1所述的基于RFID的机器人对室内目标实时动态定位监控方法，其特征在于，步骤1b)中所述对RFID标签编码，具体包括：

1b.1)RFID标签第一个字节均存储标签的ID号码，支持256个标签数量；

1b.2)第二个字节是标签类别属性编码，依据不同的标签类别进行编码，该字节内容表明或为“协助定位标签”，或为“需要定位标签”两大类别；

1b.3)从第三个字节开始，对应于标签类型，分别存储对应的定位信息，当第二字节内容表明为“协助定位标签”时，从第三字节开始存储该“协助定位标签”标注位置的二维坐标，当第二字节内容表明为“需要定位标签”时，从第三字节开始存储携带该“需要定位标签”目标的内部信息，其中，内部信息包括有ID信息，与安全坐标或者ID信息与安全区域，此处的安全坐标为一个具体二维坐标，安全区域是一个二维坐标范围。

3.根据权利要求1所述的基于RFID的机器人对室内目标实时动态定位监控方法，其特征在于，步骤7)和步骤8)中所述的“需要定位标签”所在位置的定位的范围为，以当前机器人所在精确坐标为中心，机器人与该标签的距离范围为半径的区域内。