CN112699700B - 一种基于射频技术的智能机器人定位系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于射频技术的智能机器人定位系统，所述系统包括射频标签、高频射频发射器、高频射频接收器、激光雷达装置及处理分析装置；所述处理分析装置用于对智能机器人定位时，通过高频射频发射器向各个射频标签发送射频信息，通过高频射频接收器接收射频标签返回的标签信息，然后根据射频标签返回的标签信息确定智能机器人与各个标签之间的距离，判断智能机器人与各个标签之间的距离是否满足边界值，若满足，则认定智能机器人在地图边界内，然后通过激光雷达装置对环境探测，获得智能机器人的位姿数据。避免在相似场景中，定位丢失的问题，以及避免在坡度过长的情况下行驶使定位发生偏移的情况。

Description

一种基于射频技术的智能机器人定位系统及方法

技术领域

本发明涉及智能机器人技术领域，特别涉及一种基于射频技术的智能机器人定位系统及方法。

背景技术

目前机器人定位建图方式是基于激光雷达的纯估计方法，或与里程计相结合的方式进行确认自身的定位，通过获取激光雷达数据，以及里程计数据进行位置融合，从而判断出自身在所处环境中的位姿，同步获取环境中的地图数据，使机器人实现同步定位与地图构建。但是在相似场景过程中(如长廊)，定位的过程中容易丢失定位；而且结合里程计进行位置融合的定位算法不适用于环境中存在坡道的情况，容易产生偏差，因此对环境要求较为严苛；以及机器人无法判断自身是否处于有效地图当中，不利于应用判断。

发明内容

为此，需要提供一种基于射频技术的智能机器人定位系统及方法，解决现有机器人定位在相似场景中，定位容易丢失，现有结合里程进行位置融合的定位算法不适用于环境中存在坡道的情况，以及无法判断自身是否处于有效地图中的问题。

为实现上述目的，发明人提供了一种基于射频技术的智能机器人定位系统，包括射频标签、高频射频发射器、高频射频接收器、激光雷达装置及处理分析装置；

所述射频标签为多个，所述射频标签设置在智能机器人移动的区域内，所述射频标签用于当接收到高频射频发射器发送的射频信号时，返回自身的标签信息；

所述高频射频发射器、高频射频接收器、激光雷达装置及处理分析装置设置在机器人上；所述高频射频发射器、高频射频接收器及激光雷达装置连接于处理分析装置；

所述处理分析装置用于对智能机器人定位时，通过高频射频发射器向各个射频标签发送射频信息，通过高频射频接收器接收射频标签返回的标签信息，然后根据射频标签返回的标签信息确定智能机器人与各个标签之间的距离，判断智能机器人与各个标签之间的距离是否满足边界值，若满足，则认定智能机器人在地图边界内，然后通过激光雷达装置对环境探测，获得智能机器人的位姿数据，若不满足边界值，在认定智能机器人不在地图边界内，所述位姿数据包括智能机器人在地图内的位置及角度。

进一步优化，所述处理分析装置还用于当接收到射频标签返回的标签信息，通过采用TDOA算法确认智能机器人与各个射频标签的距离。

进一步优化，还包括惯性测量装置，所述惯性测量装置设置在智能机器人上；

所述处理分析装置还用于当判断智能机器人与各个标签之间的距离满足边界值时，则利用TDOA算法记得智能机器人在地图中的相对位置，然后通过激光雷达装置对环境进行探测，得到智能机器人的位置及角度，将获得的结果与惯性测量装置获得的加速度和角速度进行校验，若校验不通过，则重新通过激光雷达装置对环境进行探测，重新获得智能机器人的位置及角度。

进一步优化，所述处理分析装置内存储有各个射频标签的经纬度信息，所述处理分析装置还用于当接收到各个射频标签返回的标签信息，确定返回标签信息的各个射频标签的经纬度信息，然后根据返回标签信息的各个射频标签的经纬度信息修正智能机器人的经纬度信息，并将智能机器人的经纬度信息发送至后台服务器。

还提供另一个技术方案：一种基于射频技术的智能机器人定位方法，包括以下步骤：

对智能机器人定位时，通过高频射频发射器向各个射频标签发送射频信息；

通过高频射频接收器接收射频标签返回的标签信息；

根据射频标签返回的标签信息确定智能机器人与各个标签之间的距离；

判断智能机器人与各个标签之间的距离是否满足边界值；

若满足，则认定智能机器人在地图边界内，然后通过激光雷达装置对环境探测，获得智能机器人的位姿数据，所述位姿数据包括智能机器人在地图内的位置及角度；

若不满足边界值，在认定智能机器人不在地图边界内。

进一步优化，所述步骤“根据射频标签返回的标签信息确定智能机器人与各个标签之间的距离”具体包括以下步骤：

当接收到射频标签返回的标签信息，通过采用TDOA算法确认智能机器人与各个射频标签的距离。

进一步优化，所述步骤“通过激光雷达装置对环境探测，获得智能机器人的位姿数据”具体包括以下步骤：

当判断智能机器人与各个标签之间的距离满足边界值时，则利用TDOA算法记得智能机器人在地图中的相对位置；

然后通过激光雷达装置对环境进行探测，得到智能机器人的位置及角度；

将获得的结果与惯性测量装置获得的加速度和角速度进行校验；

若校验不通过，则重新通过激光雷达装置对环境进行探测，重新获得智能机器人的位置及角度。

进一步优化，还包括以下步骤：

当接收到各个射频标签返回的标签信息，确定返回标签信息的各个射频标签的经纬度信息；

然后根据返回标签信息的各个射频标签的经纬度信息修正智能机器人的经纬度信息，并将智能机器人的经纬度信息发送至后台服务器。

区别于现有技术，上述技术方案，当智能机器人在未知环境中开始移动，在移动的过程中，通过高频射频发射器向周边环境的各个射频标签发送射频信息，当覆盖在有效地图内的各个射频标签接收到高频射频发射器发送的射频信息时，返回自身的标签信息，智能机器人的处理分析装置通过高频射频接收器接收射频标签返回的标签信息，然后根据射频标签返回的标签信息确定智能机器人与各个标签之间的距离，判断智能机器人与各个标签之间的距离是否满足边界值，若满足，则认定智能机器人在地图边界内，然后通过激光雷达装置对环境探测，获得智能机器人的位姿数据，若不满足边界值，在认定智能机器人不在地图边界内，所述位姿数据包括智能机器人在地图内的位置及角度。通过边界值判断可以确认智能机器人自身自否在有效地图中的定位，确定自身是否处于地图当中，通过与各个射频标签的距离确定智能机器人在地图中的位置，结合激光雷达装置获得位姿数据，可以对机器人自身的定位进行修正，避免在相似场景中，定位丢失的问题，以及避免在坡度过长的情况下行驶使定位发生偏移的情况。

附图说明

图1为具体实施方式所述基于射频技术的智能机器人定位系统的一种结构示意图；

图2为具体实施方式所述基于射频技术的智能机器人定位系统的另一种结构示意图；

图3为具体实施方式所述基于射频技术的智能机器人定位方法的另一种流程示意图。

附图标记说明：

110、智能机器人，

111、处理分析装置，

112、高频射频发射器，

113、高频射频接收器，

114、激光雷达装置，

115、惯性测量装置，

120、射频标签。

具体实施方式

为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。

请参阅图1，本实施例提供了一种基于射频技术的智能机器人定位系统，包括射频标签120、高频射频发射器112、高频射频接收器113、激光雷达装置114及处理分析装置111；

所述射频标签120为多个，所述射频标签120设置在智能机器人110移动的区域内，所述射频标签120用于当接收到高频射频发射器112发送的射频信号时，返回自身的标签信息；

所述高频射频发射器112、高频射频接收器113、激光雷达装置114及处理分析装置111设置在机器人上；所述高频射频发射器112、高频射频接收器 113及激光雷达装置114连接于处理分析装置111；

所述处理分析装置111用于对智能机器人110定位时，通过高频射频发射器112向各个射频标签120发送射频信息，通过高频射频接收器113接收射频标签120返回的标签信息，然后根据射频标签120返回的标签信息确定智能机器人110与各个标签之间的距离，判断智能机器人110与各个标签之间的距离是否满足边界值，若满足，则认定智能机器人110在地图边界内，然后通过激光雷达装置114对环境探测，获得智能机器人110的位姿数据，若不满足边界值，在认定智能机器人110不在地图边界内，所述位姿数据包括智能机器人110在地图内的位置及角度。

当智能机器人110在未知环境中开始移动，在移动的过程中，通过高频射频发射器112向周边环境的各个射频标签120发送射频信息，当覆盖在有效地图内的各个射频标签120接收到高频射频发射器112发送的射频信息时，返回自身的标签信息，智能机器人110的处理分析装置111通过高频射频接收器113接收射频标签120返回的标签信息，然后根据射频标签120返回的标签信息确定智能机器人110与各个标签之间的距离，判断智能机器人110 与各个标签之间的距离是否满足边界值，其中，边界值在智能机器人110在建图初期根据地图边界信息确定，边界值存储在智能机器人110中，若满足，则认定智能机器人110在地图边界内，然后通过激光雷达装置114对环境探测，获得智能机器人110的位姿数据，当获得智能机器人110的位姿数据后，根据规划路径，确定智能机器人110的电机带动智能机器人110达到目标位置；若不满足边界值，在认定智能机器人110不在地图边界内，所述位姿数据包括智能机器人110在地图内的位置及角度。通过边界值判断可以确认智能机器人110自身自否在有效地图中的定位，确定自身是否处于地图当中，通过与各个射频标签120的距离确定智能机器人110在地图中的位置，结合激光雷达装置114获得位姿数据，可以对机器人自身的定位进行修正，避免在相似场景中，定位丢失的问题，以及避免在坡度过长的情况下行驶使定位发生偏移的情况。

在本实施例中，所述处理分析装置111还用于当接收到射频标签120返回的标签信息，通过采用TDOA算法确认智能机器人110与各个射频标签120 的距离。TDOA算法是一种利用时间差进行定位的方法。通过测量信号到达监测站的时间，可以确定信号源的距离。利用信号源到各个监测站的距离(以监测站为中心，距离为半径作圆)，就能确定信号的位置。在其他实施例中，也可以采用其他方式进行确认智能机器人110与各个射频标签120的距离，如 AOT(time of arrival)定位方法。

在本实施例中，为了获得智能机器人110更精准的位置数据，还包括惯性测量装置115，所述惯性测量装置115设置在智能机器人110上；

所述处理分析装置111还用于当判断智能机器人110与各个标签之间的距离满足边界值时，则利用TDOA算法记得智能机器人110在地图中的相对位置，然后通过激光雷达装置114对环境进行探测，得到智能机器人110的位置及角度，将获得的结果与惯性测量装置115获得的加速度和角速度进行校验，若校验不通过，则重新通过激光雷达装置114对环境进行探测，重新获得智能机器人110的位置及角度。

当处理分析装置111分析智能机器人110在有效地图的边界内时，通过激光雷达装置114获得智能机器人110的位姿数据，然后将获得位姿数据与惯性测量装置115获得加速度和角速度进行校验，当校验通过时，则表示激光雷达装置114获得位姿数据较为精准，无需再次获得，而当校验不通过时，则表示激光雷达装置114获得位姿数据还不够精准，则需要激光雷达装置114 重新获取位姿数据，然后再次进行校验，已获得较精准的位姿数据。

在本实施例中，除了能够获得智能机器人110的位置数据，同时可以改校正智能机器人110的定位经纬度信息，所述处理分析装置111内存储有各个射频标签120的经纬度信息，所述处理分析装置111还用于当接收到各个射频标签120返回的标签信息，确定返回标签信息的各个射频标签120的经纬度信息，然后根据返回标签信息的各个射频标签120的经纬度信息修正智能机器人110的经纬度信息，并将智能机器人110的经纬度信息发送至后台服务器。

当射频标签120在地图内固定好后，将射频标签120的标签数据在平台上进行标定，获得各个射频标签120的基准的经纬度信息，然后将相关信息同步存储在智能机器人110当中，而当智能机器人110在接收到相关信息后，可以同步修真自身的经纬度信息，然后通过网络发送给后台服务器进行位置显示、跟踪、查询以及统计等工作。

如图2所示，在有效地图上覆盖有三个射频标签(并不限于三个标签)：射频标签1、射频标签2及射频标签3，通过TDOA算法确认智能机器人与各个射频标签的距离，最后确定得到智能机器人与射频标签1的距离d1，智能机器人与射频标签2的距离d2，智能机器人与射频标签3的距离d3，然后判断距离d1、距离d2及距离d3是否在边界值的取值范围内，进而判断智能机器人是否在正常的地图边界内。当满足时，则认定在正常的地图边界内，若不满足，则不在正常的地图边界内。

而根据射频标签对智能机器人在地图中的位置确认，当确认射频标签1 为原点，则整个地图网络中，射频标签1的坐标为(0.0)，而射频标签2，射频标签3则相对射频标签1的从标为(X2，Y2)、(X3，Y3)，此3三个射频坐标在地图中为固定点，而机器人的坐标依据TDOA算法确认自身的坐标为(X， Y)。

请参阅图3，在另一个实施例中，一种基于射频技术的智能机器人定位方法，包括以下步骤：

步骤S310：对智能机器人定位时，通过高频射频发射器向各个射频标签发送射频信息；

步骤S320 ：通过高频射频接收器接收射频标签返回的标签信息；

步骤S330 ：根据射频标签返回的标签信息确定智能机器人与各个标签之间的距离；

步骤S340 ：判断智能机器人与各个标签之间的距离是否满足边界值；

若满足，则认定智能机器人在地图边界内，然后执行步骤S350：通过激光雷达装置对环境探测，获得智能机器人的位姿数据，所述位姿数据包括智能机器人在地图内的位置及角度；

若不满足边界值，在认定智能机器人不在地图边界内，则执行步骤S360: 根据智能机器人与各个标签之间的距离，移动智能机器人进入地图。

当智能机器人在未知环境中开始移动，在移动的过程中，通过高频射频发射器向周边环境的各个射频标签发送射频信息，当覆盖在有效地图内的各个射频标签接收到高频射频发射器发送的射频信息时，返回自身的标签信息，智能机器人的处理分析装置通过高频射频接收器接收射频标签返回的标签信息，然后根据射频标签返回的标签信息确定智能机器人与各个标签之间的距离，判断智能机器人与各个标签之间的距离是否满足边界值，其中，边界值在智能机器人在建图初期根据地图边界信息确定，边界值存储在智能机器人中，若满足，则认定智能机器人在地图边界内，然后通过激光雷达装置对环境探测，获得智能机器人的位姿数据，当获得智能机器人的位姿数据后，根据规划路径，确定智能机器人的电机带动智能机器人达到目标位置；若不满足边界值，在认定智能机器人不在地图边界内，所述位姿数据包括智能机器人在地图内的位置及角度。通过边界值判断可以确认智能机器人自身自否在有效地图中的定位，确定自身是否处于地图当中，通过与各个射频标签的距离确定智能机器人在地图中的位置，结合激光雷达装置获得位姿数据，可以对机器人自身的定位进行修正，避免在相似场景中，定位丢失的问题，以及避免在坡度过长的情况下行驶使定位发生偏移的情况。

在本实施例中，所述步骤“根据射频标签返回的标签信息确定智能机器人与各个标签之间的距离”具体包括以下步骤：

当接收到射频标签返回的标签信息，通过采用TDOA算法确认智能机器人与各个射频标签的距离。

TDOA算法是一种利用时间差进行定位的方法。通过测量信号到达监测站的时间，可以确定信号源的距离。利用信号源到各个监测站的距离(以监测站为中心，距离为半径作圆)，就能确定信号的位置。在其他实施例中，也可以采用其他方式进行确认智能机器人与各个射频标签的距离，如AOT(time of arrival)定位方法。

在本实施例中，为了获得智能机器人更精准的位置数据，所述步骤“通过激光雷达装置对环境探测，获得智能机器人的位姿数据”具体包括以下步骤：

当判断智能机器人与各个标签之间的距离满足边界值时，则利用TDOA算法记得智能机器人在地图中的相对位置；

然后通过激光雷达装置对环境进行探测，得到智能机器人的位置及角度；

将获得的结果与惯性测量装置获得的加速度和角速度进行校验；

若校验不通过，则重新通过激光雷达装置对环境进行探测，重新获得智能机器人的位置及角度。

当处理分析装置分析智能机器人在有效地图的边界内时，通过激光雷达装置获得智能机器人的位姿数据，然后将获得位姿数据与惯性测量装置获得加速度和角速度进行校验，当校验通过时，则表示激光雷达装置获得位姿数据较为精准，无需再次获得，而当校验不通过时，则表示激光雷达装置获得位姿数据还不够精准，则需要激光雷达装置重新获取位姿数据，然后再次进行校验，已获得较精准的位姿数据。

在本实施例中，除了能够获得智能机器人的位置数据，同时可以改校正智能机器人的定位经纬度信息，还包括以下步骤：

当接收到各个射频标签返回的标签信息，确定返回标签信息的各个射频标签的经纬度信息；

然后根据返回标签信息的各个射频标签的经纬度信息修正智能机器人的经纬度信息，并将智能机器人的经纬度信息发送至后台服务器。

当射频标签在地图内固定好后，将射频标签的标签数据在平台上进行标定，获得各个射频标签的基准的经纬度信息，然后将相关信息同步存储在智能机器人当中，而当智能机器人在接收到相关信息后，可以同步修真自身的经纬度信息，然后通过网络发送给后台服务器进行位置显示、跟踪、查询以及统计等工作。

需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本发明的专利保护范围。因此，基于本发明的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于射频技术的智能机器人定位系统，其特征在于，包括射频标签、高频射频发射器、高频射频接收器、激光雷达装置及处理分析装置；

所述射频标签为多个，所述射频标签设置在智能机器人移动的区域内，所述射频标签用于当接收到高频射频发射器发送的射频信号时，返回自身的标签信息；

所述高频射频发射器、高频射频接收器、激光雷达装置及处理分析装置设置在机器人上；所述高频射频发射器、高频射频接收器及激光雷达装置连接于处理分析装置；

所述处理分析装置用于对智能机器人定位时，通过高频射频发射器向各个射频标签发送射频信息，通过高频射频接收器接收射频标签返回的标签信息，然后根据射频标签返回的标签信息确定智能机器人与各个标签之间的距离，判断智能机器人与各个标签之间的距离是否满足边界值，若满足，则认定智能机器人在地图边界内，然后通过激光雷达装置对环境探测，获得智能机器人的位姿数据，若不满足边界值，则 认定智能机器人不在地图边界内，所述位姿数据包括智能机器人在地图内的位置及角度；

还包括惯性测量装置，所述惯性测量装置设置在智能机器人上；

所述处理分析装置还用于当判断智能机器人与各个标签之间的距离满足边界值时，则利用TDOA算法记得智能机器人在地图中的相对位置，然后通过激光雷达装置对环境进行探测，得到智能机器人的位置及角度，将获得的结果与惯性测量装置获得的加速度和角速度进行校验，若校验不通过，则重新通过激光雷达装置对环境进行探测，重新获得智能机器人的位置及角度。

2.根据权利要求1所述基于射频技术的智能机器人定位系统，其特征在于，所述处理分析装置还用于当接收到射频标签返回的标签信息，通过采用TDOA算法确认智能机器人与各个射频标签的距离。

3.根据权利要求1所述基于射频技术的智能机器人定位系统，其特征在于，所述处理分析装置内存储有各个射频标签的经纬度信息，所述处理分析装置还用于当接收到各个射频标签返回的标签信息，确定返回标签信息的各个射频标签的经纬度信息，然后根据返回标签信息的各个射频标签的经纬度信息修正智能机器人的经纬度信息，并将智能机器人的经纬度信息发送至后台服务器。

4.一种基于射频技术的智能机器人定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

对智能机器人定位时，通过高频射频发射器向各个射频标签发送射频信息；

通过高频射频接收器接收射频标签返回的标签信息；

根据射频标签返回的标签信息确定智能机器人与各个标签之间的距离；

判断智能机器人与各个标签之间的距离是否满足边界值；

若满足，则认定智能机器人在地图边界内，然后通过激光雷达装置对环境探测，获得智能机器人的位姿数据，所述位姿数据包括智能机器人在地图内的位置及角度；

若不满足边界值，则 认定智能机器人不在地图边界内；

所述步骤“通过激光雷达装置对环境探测，获得智能机器人的位姿数据”具体包括以下步骤：

当判断智能机器人与各个标签之间的距离满足边界值时，则利用TDOA算法记得智能机器人在地图中的相对位置；

然后通过激光雷达装置对环境进行探测，得到智能机器人的位置及角度；

将获得的结果与惯性测量装置获得的加速度和角速度进行校验；

若校验不通过，则重新通过激光雷达装置对环境进行探测，重新获得智能机器人的位置及角度。

5.根据权利要求4所述基于射频技术的智能机器人定位方法，其特征在于，所述步骤“根据射频标签返回的标签信息确定智能机器人与各个标签之间的距离”具体包括以下步骤：

当接收到射频标签返回的标签信息，通过采用TDOA算法确认智能机器人与各个射频标签的距离。

6.根据权利要求4所述基于射频技术的智能机器人定位方法，其特征在于，还包括以下步骤：

当接收到各个射频标签返回的标签信息，确定返回标签信息的各个射频标签的经纬度信息；

然后根据返回标签信息的各个射频标签的经纬度信息修正智能机器人的经纬度信息，并将智能机器人的经纬度信息发送至后台服务器。

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