CN108152792A - 定位移动设备的方法、移动设备和定位系统 - Google Patents

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    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
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Abstract

本发明的实施方式提供了一种定位移动设备的方法，其中，在所述移动设备上放置有至少一个定位锚点，并且在所述移动设备所处的环境中布置有至少一个定位标签，所述方法包括：所述定位锚点通过扫描定位标签，确定所述定位锚点相对于所述定位标签的距离；以及根据标签布置图，基于所确定的距离来确定所述移动设备的位置。此外，本发明的实施方式提供了一种移动设备和定位系统。通过将定位锚点放置在移动设备上并且将定位标签布置在环境中，无需中心管理计算机，并且每个标签甚至可以是无源的，省去了布线施工的成本，提高了部署的速度。

Description

定位移动设备的方法、移动设备和定位系统
技术领域
本发明的实施方式涉及定位技术领域，更具体地，本发明的实施方式涉及一种定位移动设备的方法、移动设备和定位系统。
背景技术
本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
定位是确定机器人在其作业环境中所处位置的过程.应用传感器感知信息实现可靠的定位是自主移动机器人最基本、也是最重要的一项功能之一。定位是确定机器人在其作业环境中所处位置的过程.更具体地说是利用先验环境地图信息、机器人位姿的当前估计以及传感器的观测值等输入信息，经过一定的处理和变换，产生更加准确的对机器人当前位姿的估计.应用传感器感知的信息实现可靠的定位是自主移动机器人最基本、最重要的一项功能，也是移动机器人研究中倍受关注、富有挑战性的一个重要研究方向。
超宽带(UWB)技术是近年来新兴一项全新的、与传统通信技术有极大差异的通信无线新技术。它不需要使用传统通信体制中的载波，而是通过发送和接收具有纳秒或纳秒级以下的极窄脉冲来传输数据，从而具有3.1～10.6GHz量级的带宽。目前，包括美国，日本，加拿大等在内的国家都在研究这项技术，在无线室内定位领域具有良好的前景。
图1示意性地示出了一种基于UWB技术的定位系统。如图1所示，定位锚点固定在环境中，并且进行位置标定，采集数据。数据经过有线或者无线的方式上传到综合管理平台。平台上有高精度定位引擎和数据服务器，可以根据环境中定位锚点传回来的距离信息计算出定位标签在环境中的位置。标签被人拿着或者固定在移动设备上，这样计算出待测人员或车辆的位置。
但是，图1所述的定位系统需要布置中心管理计算机，而且涉及定位锚点与综合管理平台之间的信号传输，导致部署过程复杂且成本较高。
因此，需要一种结构简单、能够快速部署且成本较低的定位方案。
发明内容
在本发明实施方式的第一方面中，提供了一种用于定位移动设备的方法，其中，在所述移动设备上放置有至少一个定位锚点，并且在所述移动设备所处的环境中布置有至少一个定位标签，所述方法包括：所述定位锚点通过扫描定位标签，确定所述定位锚点相对于所述定位标签的距离；以及根据标签布置图，基于所确定的距离来确定所述移动设备的位置。
根据本公开的实施例，所述环境中布置有至少三个分离的定位标签，并且确定所述定位锚点相对于所述定位标签的距离包括：确定所述定位锚点相对于所述至少三个定位标签的距离。
根据本公开的实施例，所述移动设备上放置有至少三个定位锚点，并且所述方法还包括：根据所述至少三个定位锚点相对于所述定位标签的距离，确定所述移动设备的姿态。
根据本公开的实施例，所述标签布置图描述标签在所述环境中的位置。
根据本公开的实施例，确定所述移动设备的姿态还根据所述至少三个定位锚点在所述移动设备上的位置和角度。
根据本公开的实施例，所述方法在所述移动设备处执行。
根据本公开的实施例，所述定位锚点是超宽带UWB定位锚点。
在本发明实施方式的第二方面中，提供了一种移动设备，包括：至少一个定位锚点，以及至少一个处理器，所述至少一个定位锚点被配置为：通过扫描布置在环境中的定位标签，确定所述定位锚点相对于所述定位标签的距离；以及所述至少一个处理器被配置为根据标签布置图，基于所确定的距离来确定所述移动设备的位置。
根据本公开的实施例，所述移动设备包括至少三个定位锚点，并且所述至少一个处理器被配置为：根据所述至少三个定位锚点相对于所述定位标签的距离，确定所述移动设备的姿态。
根据本公开的实施例，所述至少一个处理器还被配置为：还根据所述至少三个定位锚点在所述移动设备上的位置和角度，来确定所述移动设备的姿态。
根据本公开的实施例，所述移动设备是机器人。
根据本公开的实施例，所述定位锚点是超宽带UWB定位锚点。
在本发明实施方式的第三方面中，提供了一种定位系统，用于定位位于环境中的移动设备，包括：至少一个定位锚点，放置在所述移动设备上，以及至少一个定位标签，布置在所述环境中，其中，所述定位锚点通过扫描定位标签，确定所述定位锚点相对于所述定位标签的距离；并将所确定的距离传送给所述移动设备，使得所述移动设备根据标签布置图，基于所确定的距离来确定所述移动设备的位置。
根据本公开的实施例，所述定位系统包括布置在所述环境中的至少三个分离的定位标签。
根据本公开的实施例，所述定位系统包括至少三个定位锚点，布置在所述移动设备上，使得所述移动设备能够根据所述至少三个定位锚点相对于所述定位标签的距离，确定所述移动设备的姿态。
根据本发明实施方式的定位移动设备的方法、移动设备和定位系统，通过将定位锚点放置在移动设备上并且将定位标签布置在环境中，无需中心管理计算机，并且每个标签甚至可以是无源的，省去了布线施工的成本，提高了部署的速度。
附图说明
通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，其中：
图1示意性地示出了一种基于UWB技术的定位系统；
图2示意性地示出了根据本申请实施例的用于定位移动设备的方法的流程图；
图3示意性地示出了根据本公开实施例的移动设备300的结构图；
图4示意性地示出了根据本申请实施例的定位系统400的示意图。
在附图中，相同或对应的标号表示相同或对应的部分。
具体实施方式
以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。这里使用的词语“一”、“一个(种)”和“该”等也应包括“多个”、“多种”的意思，除非上下文另外明确指出。此外，在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
附图中示出了一些方框图和/或流程图。应理解，方框图和/或流程图中的一些方框或其组合可以由计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，从而这些指令在由该处理器执行时可以创建用于实现这些方框图和/或流程图中所说明的功能/操作的装置。
因此，本公开的技术可以硬件和/或软件(包括固件、微代码等)的形式来实现。另外，本公开的技术可以采取存储有指令的计算机可读介质上的计算机程序产品的形式，该计算机程序产品可供指令执行系统使用或者结合指令执行系统使用。在本公开的上下文中，计算机可读介质可以是能够包含、存储、传送、传播或传输指令的任意介质。例如，计算机可读介质可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外或半导体系统、装置、器件或传播介质。计算机可读介质的具体示例包括：磁存储装置，如磁带或硬盘(HDD)；光存储装置，如光盘(CD-ROM)；存储器，如随机存取存储器(RAM)或闪存；和/或有线/无线通信链路。
当移动设备在环境中移动时，需要对移动设备所在的位置进行定位。例如，当机器人进行自主巡航时，需要实时或者周期性地跟踪机器人的位置。下面结合对机器人的定位来阐述本发明。但是本领域技术人员可以认识到，本发明的技术方案可以适用于对任何移动设备定位。
图2示意性地示出了根据本申请实施例的用于定位移动设备的方法的流程图。
根据本申请实施例的移动设备上放置有至少一个定位锚点。在移动设备所处的环境中布置有至少一个定位标签。
根据本申请实施例的用于定位移动设备的方法200开始于步骤S210，其中定位锚点通过扫描定位标签，确定所述定位锚点相对于所述定位标签的距离。
确定定位锚点相对于定位标签的距离的算法可以基于TOA(Time of Arrival，到达时间)定位算法。其具体过程如下：
第一步，第一定位锚点发出一个UWB脉冲给环境中布置的定位标签，接收到脉冲的定位标签返回一个UWB脉冲给定位锚点。该第一定位锚点可以得到周围的每个定位标签的RTT(往返时间，即收到信号的时间差)，得到该定位锚点到周围的定位标签的距离。
定位标签可以包括：天线，用于接收和发射信号；电池，用于给定位标签供电；以及至少一个处理器，用于对接收到的信号进行处理。
然后在步骤S220中，根据标签布置图，基于所确定的距离来确定所述移动设备的位置。例如，根据TOA公式，结合标签布置图，可以计算出定位锚点在环境中的位置点坐标(x1，y1)。
标签布置图是在布置标签时绘制的，用于描述标签在所述环境中的位置。
可以在移动设备初始化时将标签布置图存储在所述移动设备上，或者可以在运行时定期地、周期性地从外部设备(例如，服务器或运营商)发送给移动设备，或者在改变标签布置时发送给移动设备，以使得移动设备中的标签布置图准确地反应环境中的标签的位置。
根据本公开的一个实施例，可以在环境中布置至少三个分离的定位标签，并且在步骤S210中确定定位锚点相对于所述至少三个分离的定位标签的各自的距离。
在步骤S220中，根据例如三角定位等算法，可以准确地确定定位锚点在环境中的位置。
可以将定位锚点的位置当做移动设备的位置。或者可以在将定位锚点放置在移动设备上时，确定定位锚点相对于移动设备的位置。例如在机器人的示例中，可以将定位锚点安装在机器人的一侧，其相对于机器人的中心点偏移例如d。在该示例中，可以在确定定位锚点的位置之后，将其加上所述偏移以得到机器人的中心位置在环境中的位置。
根据本公开的一个实施例，可以在移动设备上放置至少三个定位锚点。在步骤S210中确定所述至少三个锚点相对于定位标签的距离。例如，针对所述至少三个锚点分别执行步骤S210，然后在步骤S220中，确定所述至少三个定位锚点的位置。在该实施例中，用于定位移动设备的方法200还包括步骤S230，根据所述至少三个定位锚点相对于定位标签的距离，确定移动设备的姿态。例如，根据所述至少三个定位锚点在移动设备上的位置和角度，以及所述至少三个定位锚点在环境中的位置，可以确定移动设备的状态，例如其角度。
根据本公开的一个实施例，定位锚点是超宽带UWB定位锚点。
图3示意性地示出了根据本公开实施例的移动设备300的结构图。如图3所示，移动设备300包括至少一个定位锚点310和至少一个处理器320。定位锚点310被配置为通过扫描布置在环境中的定位标签，确定所述定位锚点相对于所述定位标签的距离。处理器320被配置为根据标签布置图，基于所确定的距离来确定所述移动设备的位置。
根据本公开的一个实施例，移动设备300可以包括至少三个定位锚点310。处理器320被配置为：根据所述至少三个定位锚点相对于所述定位标签的距离，确定所述移动设备300的姿态。
根据本公开的一个实施例，处理器320还被配置为：还根据所述至少三个定位锚点在所述移动设备上的位置和角度，来确定所述移动设备300的姿态。
为了能够准确地确定移动设备的姿态，在移动设备上放置定位标签时需要考虑一些因素。例如，所述至少三个定位锚点不在一条直线上，所述至少三个定位锚点中的至少两个不在竖直方向上重叠等。
标签布置图是在布置标签时绘制的，用于描述标签在所述环境中的位置。可以在移动设备300初始化时将标签布置图存储在移动设备上，或者可以在运行时定期地、周期性地从外部设备(例如，服务器或运营商)发送给移动设备，或者在改变标签布置时发送给移动设备，以使得移动设备中的标签布置图准确地反应环境中的标签的位置。
图4示意性地示出了根据本申请实施例的定位系统400的示意图。
如图4所示，定位系统400用于定位移动设备300，包括：至少一个定位锚点410，放置在移动设备300上；以及至少一个定位标签420(图中示出为410-1～410-5)，布置在环境中。
定位锚点410通过扫描定位标签420，确定相对于定位标签420的距离；并将所确定的距离传送给所述移动设备300，使得所述移动设备300能够根据标签布置图，基于所确定的距离来确定所述移动设备的位置。
根据本公开的一个实施例，定位系统400包括布置在所述环境中的至少三个分离的定位标签420。例如，为了精确地定位，可以布置多个定位标签。图4示出了包括5个定位标签的定位系统。
根据本公开的一个实施例，定位系统400包括至少三个定位锚点410，布置在所述移动设备300上，并且移动设备300能够根据所述至少三个定位锚点相对于所述定位标签的距离，确定所述移动设备的姿态。为了精确度确定移动设备的姿态，可以布置多个定位锚点，图4示出了包括4个定位锚点的定位系统。
根据本公开实施例的移动设备包括处理器、计算机可读存储介质等，并且在其上放置有定位锚点。
具体地，处理器例如可以包括通用微处理器、指令集处理器和/或相关芯片组和/或专用微处理器(例如，专用集成电路(ASIC))，等等。处理器还可以包括用于缓存用途的板载存储器。处理器可以是用于执行参考图2描述的根据本公开实施例的方法流程的不同动作的单一处理单元或者是多个处理单元。
计算机可读存储介质例如可以是能够包含、存储、传送、传播或传输指令的任意介质。例如，可读存储介质可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外或半导体系统、装置、器件或传播介质。可读存储介质的具体示例包括：磁存储装置，如磁带或硬盘(HDD)；光存储装置，如光盘(CD-ROM)；存储器，如随机存取存储器(RAM)或闪存；和/或有线/无线通信链路。
计算机可读存储介质可以包括计算机程序，该计算机程序可以包括代码/计算机可执行指令，其在由处理器执行时使得处理器执行例如上面结合图2所描述的方法流程及其任何变形。
计算机程序可被配置为具有例如包括计算机程序模块的计算机程序代码。例如，在示例实施例中，计算机程序中的代码可以包括一个或多个程序模块。应当注意，模块的划分方式和个数并不是固定的，本领域技术人员可以根据实际情况使用合适的程序模块或程序模块组合，当这些程序模块组合被处理器执行时，使得处理器可以执行例如上面结合图2所描述的方法流程及其任何变形。
根据本公开的实施例，处理器可以与定位锚点进行交互，来执行上面结合图2所描述的方法流程及其任何变形。
此外，尽管在附图中以特定顺序描述了本发明方法的操作，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。附加地或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。
虽然已经参考若干具体实施方式描述了本发明的精神和原理，但是应该理解，本发明并不限于所公开的具体实施方式，对各方面的划分也不意味着这些方面中的特征不能组合以进行受益，这种划分仅是为了表述的方便。本发明旨在涵盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等同布置。

Claims (16)

1.一种用于定位移动设备的方法，其中，在所述移动设备上放置有至少一个定位锚点，并且在所述移动设备所处的环境中布置有至少一个定位标签，所述方法包括：
所述定位锚点通过扫描定位标签，确定所述定位锚点相对于所述定位标签的距离；以及
根据标签布置图，基于所确定的距离来确定所述移动设备的位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述环境中布置有至少三个分离的定位标签，并且确定所述定位锚点相对于所述定位标签的距离包括：
确定所述定位锚点相对于所述至少三个定位标签的距离。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述移动设备上放置有至少三个定位锚点，并且所述方法还包括：
根据所述至少三个定位锚点相对于所述定位标签的距离，确定所述移动设备的姿态。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述标签布置图描述标签在所述环境中的位置。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，确定所述移动设备的姿态还根据所述至少三个定位锚点在所述移动设备上的位置和角度。
6.根据权利要求1-5之一所述的方法，其中，所述方法在所述移动设备处执行。
7.根据权利要求1-5之一所述的方法，其中，所述定位锚点是超宽带UWB定位锚点。
8.一种移动设备，包括：
至少一个定位锚点，以及
至少一个处理器，
所述至少一个定位锚点被配置为：通过扫描布置在环境中的定位标签，确定所述定位锚点相对于所述定位标签的距离；以及
所述至少一个处理器被配置为根据标签布置图，基于所确定的距离来确定所述移动设备的位置。
9.根据权利要求8所述的移动设备，其中，所述移动设备包括至少三个定位锚点，并且所述至少一个处理器被配置为：根据所述至少三个定位锚点相对于所述定位标签的距离，确定所述移动设备的姿态。
10.根据权利要求9所述的移动设备，其中，所述至少一个处理器还被配置为：还根据所述至少三个定位锚点在所述移动设备上的位置和角度，来确定所述移动设备的姿态。
11.根据权利要求10所述的移动设备，其中，所述移动设备是机器人。
12.根据权利要求8-11之一所述的移动设备，其中，所述定位锚点是超宽带UWB定位锚点。
13.一种定位系统，用于定位位于环境中的移动设备，包括：
至少一个定位锚点，放置在所述移动设备上，以及
至少一个定位标签，布置在所述环境中，
其中，所述定位锚点通过扫描定位标签，确定所述定位锚点相对于所述定位标签的距离；并将所确定的距离传送给所述移动设备，使得所述移动设备根据标签布置图，基于所确定的距离来确定所述移动设备的位置。
14.根据权利要求13所述的定位系统，其中，所述定位系统包括布置在所述环境中的至少三个分离的定位标签。
15.根据权利要求13所述的定位系统，其中，所述定位系统包括至少三个定位锚点，布置在所述移动设备上，使得所述移动设备能够根据所述至少三个定位锚点相对于所述定位标签的距离，确定所述移动设备的姿态。
16.根据权利要求14所述的定位系统，其中，所述定位锚点是超宽带UWB定位锚点。
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