CN110618656A - 一种基于霍尔传感器的仓库机器人实时定位方法 - Google Patents

Abstract

一种基于霍尔传感器的仓库机器人实时定位方法，首先，在信息技术与机器人应用不断成熟的影响下，仓库管理领域开始引入智能机器人，在仓库机器人应用领域当中，室内实时定位一直是一项关键技术，目前现有的室内机器人定位方法，在精确度、抗干扰能力以及对工作环境的要求等方面还存在一定的不足。本发明提出了一种基于霍尔传感器的仓库机器人实时定位方法，利用二维码作为位置坐标的信标，通过机器人扫描获取位置信息，再通过霍尔传感器采集数据，并进一步计算得到机器人与二维码信标的实时相对位置，进而得到机器人实时位置坐标的方法。本发明提供一种精确、稳定、抗干扰的基于霍尔传感器的实时定位方法。

Description

一种基于霍尔传感器的仓库机器人实时定位方法

技术领域

本发明涉及一种霍尔传感器、二维码扫描、实时数据采集、机器人控制领域，尤其涉及的是一种基于霍尔传感器的仓库机器人实时定位方法。

背景技术

随着信息技术以及物联网的不断发展，大型仓库的管理模式也发生了巨大的变化。为了保证物流高效安全的运行，仓库的智能化程度起着至关重要的作用。在当前新购物模式的推动下，仓库规模的不断扩大，使用人工管理与巡视工作需要耗费大量的人力时间，且在夜间还要进行通宵作业，很难保证全天24小时的高效工作。如果由于工作过于疲劳而产生某些疏忽，极易导致灾难性的后果，不仅耗时伤财，还对人的生命安全产生巨大威胁。传统的人工管理和巡视方式已远远不能满足现有仓储的需求。

由于机器人应用不断的多元化，仓储管理领域已经开始引入智能机器人的工作方式，仓库机器人为仓库管理带来了一个全新的模式。在信息互联网的大背景下，物联网技术也得到了快速的发展，万物互联定将成为互联网发展的趋势。无人仓库管理运营模式逐渐成为大型仓库管理的主要方式，在大数据、云计算等平台的支持下，使得仓库机器人的功能不断加强，不仅能完成简单、重复性的任务，而且可以根据采集的数据利用适当的学习算法做出决策，如机器人检测到某一数据超出预订指标时，立即上报到后台服务器并根据算法做出决策执行相应的控制操作等，能够进一步的保障仓库的实时状况。

在仓库机器人的众多研究方向当中，机器人定位一直作为一个重要的研究课题，尽管目前已经出现了许多室内机器人定位方法，但其功能以及使用场景仍然存在一定的局限性，例如定位精度不够、易受环境影响等。为了更好地满足当前大型仓库的智能化需求，本发明提出了一种利用二维码作为信标结合霍尔传感器信号反馈技术实现仓库机器人实时定位的方法，该自动定位方法主要是通过仓库机器人扫描二维码获得该位置的坐标，根据霍尔传感反馈机器人驱动电机所转的圈数计算出仓库机器人与此二维码所在位置的相对距离，从而实现仓库机器人的实时定位。

现有的仓库机器人实时定位方法在定位精度和抗环境干扰能力上仍然难以满足当前需求，在实际仓库运用当中存在缺陷，需要进一步改进，提高定位精度和实时性。本发明通过设置二维码信标确定仓库内的坐标信息，同时利用霍尔传感器反馈数据计算出仓库机器人相对于仓库的精确位置。

发明内容

为了进一步提高仓库机器人的定位精度和实时性，让仓库机器人能够在仓库的任意位置获得精准的位置坐标信息并及时的校正自己的位置，从而提高仓库机器人的整体操作准确度。本发明提出一种基于霍尔传感器的仓库机器人实时定位方法，能够通过摄像头扫描仓库内的二维码获得位置坐标信息，同时将数据上传到后台上位机显示出所在仓库内的位置信息，并通过霍尔传感器反馈数据计算出机器人与二维码信标的相对位置进行校正自己位置信息及实时上传，上位机通过接受的实时数据即可精确显示仓库机器人的位置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于霍尔传感器的仓库机器人实时定位方法，所述方法包括以下步骤：

1)根据实际仓库大小，在后台上位机中建立虚拟仓库三维模型图，按照仓库机器人的定位需求设定二维码信标的位置，保证任意两个二维码信标的位置在一条直线上，且使机器人横纵行驶路线相互垂直；

2)根据步骤1)，在实际仓库中按照设计要求生成对应位置信息的二维码信标，由于坐标信息数据量较小，可通过二维码生成器将输入的数字或字符装换成一张具有唯一图形的二维码，具体坐标信息形式为(x,y)，将二维码信标按照实际仓库比例固定在地面的相应位置；

3)利用安装在仓库机器人底部的摄像头扫描地面的二维码，获取二维码中的坐标信息，并将坐标信息上传到后台上位机中，根据已建立的等比例虚拟三维模型确定平面坐标位置并标记显示；

4)在仓库机器人的驱动电机上安装霍尔传感器，在仓库中横纵任意一行驶轨道上行驶时，当机器人上的摄像头扫描二维码信标时，开启定时计数器中断；

5)根据步骤4)，通过仓库机器人驱动电机上的霍尔传感器进行记录机器人驱动轮所转的圈数n，利用几何公式算出驱动轮的周长，公式如下：

l＝2πr (1)

其中，l表示机器人驱动轮的周长，r表示驱动轮的半径；

机器人与二维码信标的相对行驶距离，计算公式如下：

s＝nl (2)

将l带入式(2)得：

s＝2nπr (3)

其中，s表示机器人与二维码信标的相对行驶距离，n表示机器人驱动电机所转的圈数；

6)根据步骤5)，假定机器人的初始位置为(x₀,y₀)，机器人沿着x方向，即横向行驶，则机器人的位置坐标为：

P_(x,y)＝(x₀±s,y₀) (4)

将s带入式(4)得：

P_(x,y)＝(x₀±2nπr,y₀) (5)

其中，P_(x,y)表示当前机器人的实时位置坐标；

7)在机器人每扫描一次二维码信标的同时，定时计数器复位清零，即开始重新记录霍尔传感器反馈的驱动轮圈数，且需检测机器人是否转弯，若执行了转弯操作，则机器人的坐标位置为：

P_(x,y)＝(x₁,y₁±2nπr) (6)

其中，P_(x,y)表示当前机器人的实时位置坐标，x₁、y₁表示某一二维码信标的位置坐标；

8)根据步骤7)，将计算所得的坐标值上传到后台上位机中，并通过数据处理显示在虚拟三维模型图中，同时根据上传的位置数据实时更新，即可直观精确的显示出仓库机器人的实时位置坐标。

本发明的有益效果主要表现在：根据目前仓库机器人室内实时定位的精确度与稳定性问题，提出一种利用霍尔传感器，以二维码信标作为辅助，通过机器人驱动电机所转的圈数及其驱动轮的周长计算机器人与二维码信标的相对位置，从而实时校正与上传位置信息，提供了一种机器人实时定位方法。

附图说明

图1是一种基于霍尔传感器的仓库机器人实时定位方法的流程图；

图2是仓库二维码信标分布图；

图3是霍尔传感器数据采集模型图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

参照图1～图3，一种基于霍尔传感器的仓库机器人实时定位方法，包括以下步骤：

1)根据实际仓库大小，在后台上位机中建立虚拟仓库三维模型图，按照仓库机器人的定位需求设定二维码信标的位置，保证任意两个二维码信标的位置在一条直线上，且使机器人横纵行驶路线相互垂直；

2)根据步骤1)，在实际仓库中按照设计要求生成对应位置信息的二维码信标，由于坐标信息数据量较小，可通过二维码生成器将输入的数字或字符装换成一张具有唯一图形的二维码，具体坐标信息形式为(x,y)，将二维码信标按照实际仓库比例固定在地面的相应位置；

3)利用安装在仓库机器人底部的摄像头扫描地面的二维码，获取二维码中的坐标信息，并将坐标信息上传到后台上位机中，根据已建立的等比例虚拟三维模型确定平面坐标位置并标记显示；

4)在仓库机器人的驱动电机上安装霍尔传感器，在仓库中横纵任意一行驶轨道上行驶时，当机器人上的摄像头扫描二维码信标时，开启定时计数器中断；

5)根据步骤4)，通过仓库机器人驱动电机上的霍尔传感器进行记录机器人驱动轮所转的圈数n，利用几何公式算出驱动轮的周长，公式如下：

l＝2πr (1)

其中，l表示机器人驱动轮的周长，r表示驱动轮的半径；

机器人与二维码信标的相对行驶距离，计算公式如下：

s＝nl (2)

将l带入式(2)得：

s＝2nπr (3)

其中，s表示机器人与二维码信标的相对行驶距离，n表示机器人驱动电机所转的圈数；

6)根据步骤5)，假定机器人的初始位置为(x₀,y₀)，机器人沿着x方向，即横向行驶，则机器人的位置坐标为：

P_(x,y)＝(x₀±s,y₀) (4)

将s带入式(4)得：

P_(x,y)＝(x₀±2nπr,y₀) (5)

其中，P_(x,y)表示当前机器人的实时位置坐标；

7)在机器人每扫描一次二维码信标的同时，定时计数器复位清零，即开始重新记录霍尔传感器反馈的驱动轮圈数，且需检测机器人是否转弯，若执行了转弯操作，则机器人的坐标位置为：

P_(x,y)＝(x₁,y₁±2nπr) (6)

其中，P_(x,y)表示当前机器人的实时位置坐标，x₁、y₁表示某一二维码信标的位置坐标；

8)根据步骤7)，将计算所得的坐标值上传到后台上位机中，并通过数据处理显示在虚拟三维模型图中，同时根据上传的位置数据实时更新，即可直观精确的显示出仓库机器人的实时位置坐标。

以杭州某物流仓库机器人为例，一种基于霍尔传感器的仓库机器人实时定位方法，包括以下步骤：

1)根据实际仓库大小，在后台上位机中建立虚拟仓库三维模型图，按照仓库机器人的定位需求设定二维码信标的位置，保证任意两个二维码信标的位置在一条直线上，且使机器人横纵行驶路线相互垂直；

2)根据步骤1)，在实际仓库中按照设计要求生成对应位置信息的二维码信标，由于坐标信息数据量较小，可通过二维码生成器将输入的数字或字符装换成一张具有唯一图形的二维码，具体坐标信息形式为(x,y)，将二维码信标按照实际仓库比例固定在地面的相应位置；

3)利用安装在仓库机器人底部的摄像头扫描地面的二维码，获取二维码中的坐标信息，并将坐标信息上传到后台上位机中，根据已建立的等比例虚拟三维模型确定平面坐标位置并标记显示；

4)在仓库机器人的驱动电机上安装霍尔传感器，在仓库中横纵任意一行驶轨道上行驶时，当机器人上的摄像头扫描二维码信标时，开启定时计数器中断；

5)根据步骤4)，通过仓库机器人驱动电机上的霍尔传感器进行记录机器人驱动轮所转的圈数n，利用几何公式算出驱动轮的周长，公式如下：

l＝2πr (1)

其中，l表示机器人驱动轮的周长，r表示驱动轮的半径；

机器人与二维码信标的相对行驶距离，计算公式如下：

s＝nl (2)

将l带入式(2)得：

s＝2nπr (3)

其中，s表示机器人与二维码信标的相对行驶距离，n表示机器人驱动电机所转的圈数；

6)根据步骤5)，假定机器人的初始位置为(x₀,y₀)，机器人沿着x方向，即横向行驶，则机器人的位置坐标为：

P_(x,y)＝(x₀±s,y₀) (4)

将s带入式(4)得：

P_(x,y)＝(x₀±2nπr,y₀) (5)

其中，P_(x,y)表示当前机器人的实时位置坐标；

7)在机器人每扫描一次二维码信标的同时，定时计数器复位清零，即开始重新记录霍尔传感器反馈的驱动轮圈数，且需检测机器人是否转弯，若执行了转弯操作，则机器人的坐标位置为：

P_(x,y)＝(x₁,y₁±2nπr) (6)

其中，P_(x,y)表示当前机器人的实时位置坐标，x₁、y₁表示某一二维码信标的位置坐标；

8)根据步骤7)，将计算所得的坐标值上传到后台上位机中，并通过数据处理显示在虚拟三维模型图中，同时根据上传的位置数据实时更新，即可直观精确的显示出仓库机器人的实时位置坐标。

以上阐述的是本发明给出的一个实施例展现出来的一个优良结果，显然本发明不仅适合上述实施例，在不偏离本发明基本精神及不超出本发明实质内容所涉及内容的前提下可对其做种种变化加以实施。

Claims (1)

1.一种基于霍尔传感器的仓库机器人实时定位方法，其特征在于，所述定位方法包括以下步骤：

1)根据实际仓库大小，在后台上位机中建立虚拟仓库三维模型图，按照仓库机器人的定位需求设定二维码信标的位置，保证任意两个二维码信标的位置在一条直线上，且使机器人横纵行驶路线相互垂直；

2)根据步骤1)，在实际仓库中按照设计要求生成对应位置信息的二维码信标，由于坐标信息数据量较小，可通过二维码生成器将输入的数字或字符装换成一张具有唯一图形的二维码，具体坐标信息形式为(x,y)，将二维码信标按照实际仓库比例固定在地面的相应位置；

3)利用安装在仓库机器人底部的摄像头扫描地面的二维码，获取二维码中的坐标信息，并将坐标信息上传到后台上位机中，根据已建立的等比例虚拟三维模型确定平面坐标位置并标记显示；

4)在仓库机器人的驱动电机上安装霍尔传感器，在仓库中横纵任意一行驶轨道上行驶时，当机器人上的摄像头扫描二维码信标时，开启定时计数器中断；

5)根据步骤4)，通过仓库机器人驱动电机上的霍尔传感器进行记录机器人驱动轮所转的圈数n，利用几何公式算出驱动轮的周长，公式如下：

l＝2πr (1)

其中，l表示机器人驱动轮的周长，r表示驱动轮的半径；

机器人与二维码信标的相对行驶距离，计算公式如下：

s＝nl (2)

将l带入式(2)得：

s＝2nπr (3)

其中，s表示机器人与二维码信标的相对行驶距离，n表示机器人驱动电机所转的圈数；

6)根据步骤5)，假定机器人的初始位置为(x₀,y₀)，机器人沿着x方向，即横向行驶，则机器人的位置坐标为：

P_(x,y)＝(x₀±s,y₀) (4)

将s带入式(4)得：

P_(x,y)＝(x₀±2nπr,y₀) (5)

其中，P_(x,y)表示当前机器人的实时位置坐标；

7)在机器人每扫描一次二维码信标的同时，定时计数器复位清零，即开始重新记录霍尔传感器反馈的驱动轮圈数，且需检测机器人是否转弯，若执行了转弯操作，则机器人的坐标位置为：

P_(x,y)＝(x₁,y₁±2nπr) (6)

其中，P_(x,y)表示当前机器人的实时位置坐标，x₁、y₁表示某一二维码信标的位置坐标；

8)根据步骤7)，将计算所得的坐标值上传到后台上位机中，并通过数据处理显示在虚拟三维模型图中，同时根据上传的位置数据实时更新，即可直观精确的显示出仓库机器人的实时位置坐标。