CN112954595B - 餐厅服务机器人送餐系统和送餐方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种餐厅服务机器人送餐系统，其包括：无线定位标签号牌；无线定位模块，所述无线定位模块设置于所述餐厅的不同位置，并且与所述无线定位标签号牌连接，将与所述无线定位标签号牌相关的信息发送至定位系统服务器；定位系统服务器，所述定位系统服务器根据所述无线定位模块发送的与所述无线定位标签号牌相关的信息获取无线定位标签号牌的位置；以及服务机器人，所述服务机器人将其携带的餐食输送至指定标签ID的无线定位标签号牌处；其中，当用餐者在点餐完成后，建立餐食单号与无线定位标签号牌号的对应关系，当餐食被装载至服务机器人后，控制服务机器人将该餐食单号输送至该餐食单号对应的所述无线定位标签号牌处。本公开还提供一种餐厅服务机器人送餐方法。

Description

餐厅服务机器人送餐系统和送餐方法

技术领域

本公开涉及一种餐厅服务机器人送餐系统和送餐方法，属于机器人领域。

背景技术

目前由于餐厅服务员的薪资越来越高，人员比较难招且流动性强，越来越多的餐厅选择使用餐厅服务机器人来送餐。随着科技的发展，餐厅服务机器人的智能性越来越高，价格也越来越低，有着比较高的投入产出比，而且展示度比较好，能给餐厅带来比较好的形象，所以越来越受餐厅管理人员的欢迎。

但是餐厅服务机器人在实际应用中，服务机器人首先需要知道的是当前餐食配送的目标餐桌。对于餐厅桌面扫码点餐的情况，客人的餐食和餐桌号有自动对应的关系，服务机器人容易自动获取。而对于客人在点餐台点餐后，随意选择餐桌等餐和就餐的情况，对于传统的服务机器人很难在无人参与的情况下自动获得当前餐食对应客人的具体落座餐桌，这种情况就会极大地影响服务机器人应用适应性。

因此，餐厅需要一种能够自动对点餐之后客人的就餐餐桌进行自主定位的系统和装置，能够配合服务机器人送餐任务，使得服务机器人能够自主知道客人的具体餐桌桌号，并实现对应餐食的准确配送。

发明内容

为了解决上述技术问题之一，本公开提供了一种餐厅服务机器人送餐系统和送餐方法。

根据本公开的一个方面，提供了一种餐厅服务机器人送餐系统，其包括：

无线定位标签号牌，所述无线定位标签号牌存储有该无线定位标签号牌的标签ID，其中，不同的无线定位标签号牌具有不同的标签ID；

无线定位模块，所述无线定位模块设置于所述餐厅的不同位置，并且与所述无线定位标签号牌连接，将与所述无线定位标签号牌相关的信息发送至定位系统服务器；

定位系统服务器，所述定位系统服务器根据所述无线定位模块发送的与所述无线定位标签号牌相关的信息获取无线定位标签号牌的位置；以及

服务机器人，所述服务机器人将其携带的餐食输送至指定标签ID的无线定位标签号牌处；

其中，当用餐者在点餐完成后，建立餐食单号与无线定位标签号牌号的对应关系，当餐食被装载至服务机器人后，控制服务机器人将该餐食单号输送至该餐食单号对应的所述无线定位标签号牌处。

根据本公开的至少一个实施方式的餐厅服务机器人送餐系统，当所述服务机器人完成餐食传送后，将该餐食单号对应的无线定位标签号牌号带回至点餐台。

根据本公开的至少一个实施方式的餐厅服务机器人送餐系统，所述与所述无线定位标签号牌相关的信息包括无线定位标签号牌的标签ID、无线基站模块与无线定位标签号牌的无线传输时间或信号强度值，并且所述定位系统服务器根据无线基站模块与无线定位标签号牌的无线传输时间或信号强度值获得无线基站模块与无线定位标签号牌之间的距离。

根据本公开的至少一个实施方式的餐厅服务机器人送餐系统，所述无线定位模块的数量大于等于3个，并且所述无线定位模块设置于所述餐厅的顶壁的内表面。

根据本公开的至少一个实施方式的餐厅服务机器人送餐系统，所述服务机器人根据无线定位标签号牌和至少三个无线定位模块之间的至少三个距离信息获得所述无线定位标签号牌在餐厅中的绝对二维坐标。

根据本公开的至少一个实施方式的餐厅服务机器人送餐系统，当所述服务机器人接收到无线定位标签号牌和三个无线定位模块之间的三个距离信息，根据无线定位模块在餐厅中的绝对坐标，应用三角定位算法获得无线定位标签号牌在餐厅中的绝对二维坐标。

根据本公开的至少一个实施方式的餐厅服务机器人送餐系统，当所述服务机器人接收到的无线定位标签号牌和N个无线定位模块之间的N 个距离信息，从N个距离信息中任意选择三个距离信息，根据该三个距离信息所对应的基站在餐厅中的绝对坐标，应用三角定位算法获得无线定位标签号牌在餐厅中的绝对二维坐标初始值；根据多个绝对二维坐标初始值应用融合最优定位算法获得当前无线定位标签号牌在餐厅中的绝对二维坐标；其中N为大于3的整数。

根据本公开的至少一个实施方式的餐厅服务机器人送餐系统，所述与所述无线定位标签号牌相关的信息包括无线基站模块与无线定位标签号牌的无线传输时间或信号强度值的时间戳，当获得无线定位标签号牌在餐厅中的绝对二维坐标后，根据所述绝对二维坐标所对应的时间戳，采用在时间序列上的去极值均值滤波法和卡尔曼滤波算法进行滤波，获得所述无线定位标签号牌在餐厅中的最终的绝对二维坐标。

根据本公开的至少一个实施方式的餐厅服务机器人送餐系统，所述无线定位模块选自UWB(Ultra Wide Band)、蓝牙(Bluetooth)、RFID(Radio FrequencyIdentification)、ZigBee、光通讯模块和WIFI模块中的任意一种或者多种的组合。

根据本公开的另一方面，提供一种餐厅服务机器人送餐方法，其包括：

客人在点餐台点餐完成后，同时建立餐食单号与无线定位标签号牌的标签ID的对应关系；

客人持所述无线定位标签号牌至任意餐桌就坐后，等待服务机器人将餐食送达；

无线定位模块与所述无线定位标签号牌连接，将与所述无线定位标签号牌相关的信息发送至定位系统服务器；

所述定位系统服务器根据所述无线定位模块发送的与所述无线定位标签号牌相关的信息获取无线定位标签号牌的位置；

当所述餐食准备完成后，将餐食放置到服务机器人内部托盘上，告知服务机器人要送餐的无线定位标签号牌的标签ID或者餐食单号；以及

服务机器人确认有效无线定位标签号牌或者餐食单号后，获取目标餐桌桌号，服务机器人准确地送餐至目标餐桌，并提示客人将无线定位标签号牌放置在内部托盘上或者标签仓中，将其带回至餐厅点餐台。

根据本公开的至少一个实施方式的餐厅服务机器人送餐方法，所述与所述无线定位标签号牌相关的信息包括无线定位标签号牌的标签ID、无线基站模块与无线定位标签号牌的无线传输时间或信号强度值，并且所述定位系统服务器根据无线基站模块与无线定位标签号牌的无线传输时间或信号强度值获得无线基站模块与无线定位标签号牌之间的距离。

根据本公开的至少一个实施方式的餐厅服务机器人送餐方法，所述无线定位模块的数量大于等于3个，并且所述无线定位模块设置于所述餐厅的顶壁的内表面。

根据本公开的至少一个实施方式的餐厅服务机器人送餐方法，所述服务机器人根据无线定位标签号牌和至少三个无线定位模块之间的至少三个距离信息获得所述无线定位标签号牌在餐厅中的绝对二维坐标。

根据本公开的至少一个实施方式的餐厅服务机器人送餐方法，当所述服务机器人接收到无线定位标签号牌和三个无线定位模块之间的三个距离信息，根据无线定位模块在餐厅中的绝对坐标，应用三角定位算法获得无线定位标签号牌在餐厅中的绝对二维坐标。

根据本公开的至少一个实施方式的餐厅服务机器人送餐方法，当所述服务机器人接收到的无线定位标签号牌和N个无线定位模块之间的N 个距离信息，从N个距离信息中任意选择三个距离信息，根据该三个距离信息所对应的基站在餐厅中的绝对坐标，应用三角定位算法获得无线定位标签号牌在餐厅中的绝对二维坐标初始值；根据多个绝对二维坐标初始值获得当前无线定位标签号牌在餐厅中的绝对二维坐标；其中N为大于3的整数。

根据本公开的至少一个实施方式的餐厅服务机器人送餐方法，所述与所述无线定位标签号牌相关的信息包括无线基站模块与无线定位标签号牌的无线传输时间或信号强度值的时间戳，当获得无线定位标签号牌在餐厅中的绝对二维坐标后，根据所述绝对二维坐标所对应的时间戳，采用在时间序列上的去极值均值滤波法和卡尔曼滤波算法进行滤波，获得所述无线定位标签号牌在餐厅中的最终的绝对二维坐标。

附图说明

附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。

图1是根据本公开的一个实施方式的餐厅服务机器人送餐系统的结构示意图。

图2是根据本公开的一个实施方式的餐厅服务机器人送餐方法的流程示意图。

图3是根据本公开的一个实施方式的定位系统服务器获取无线定位标签号牌的准确位置的流程图。

图中附图标记具体为：

100餐厅服务机器人送餐系统

110无线定位标签号牌

120无线定位模块

140服务机器人

200餐厅服务机器人送餐方法。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开的技术方案。

除非另有说明，否则示出的示例性实施方式/实施例将被理解为提供可以在实践中实施本公开的技术构思的一些方式的各种细节的示例性特征。因此，除非另有说明，否则在不脱离本公开的技术构思的情况下，各种实施方式/实施例的特征可以另外地组合、分离、互换和/或重新布置。

在附图中使用交叉影线和/或阴影通常用于使相邻部件之间的边界变得清晰。如此，除非说明，否则交叉影线或阴影的存在与否均不传达或表示对部件的具体材料、材料性质、尺寸、比例、示出的部件之间的共性和/或部件的任何其它特性、属性、性质等的任何偏好或者要求。此外，在附图中，为了清楚和/或描述性的目的，可以夸大部件的尺寸和相对尺寸。当可以不同地实施示例性实施例时，可以以不同于所描述的顺序来执行具体的工艺顺序。例如，可以基本同时执行或者以与所描述的顺序相反的顺序执行两个连续描述的工艺。此外，同样的附图标记表示同样的部件。

当一个部件被称作“在”另一部件“上”或“之上”、“连接到”或“结合到”另一部件时，该部件可以直接在所述另一部件上、直接连接到或直接结合到所述另一部件，或者可以存在中间部件。然而，当部件被称作“直接在”另一部件“上”、“直接连接到”或“直接结合到”另一部件时，不存在中间部件。为此，术语“连接”可以指物理连接、电气连接等，并且具有或不具有中间部件。

为了描述性目的，本公开可使用诸如“在……之下”、“在……下方”、“在……下”、“下”、“在……上方”、“上”、“在……之上”、“较高的”和“侧 (例如，如在“侧壁”中)”等的空间相对术语，从而来描述如附图中示出的一个部件与另一(其它)部件的关系。除了附图中描绘的方位之外，空间相对术语还意图包含设备在使用、操作和/或制造中的不同方位。例如，如果附图中的设备被翻转，则被描述为“在”其它部件或特征“下方”或“之下”的部件将随后被定位为“在”所述其它部件或特征“上方”。因此，示例性术语“在……下方”可以包含“上方”和“下方”两种方位。此外，设备可被另外定位(例如，旋转90度或者在其它方位处)，如此，相应地解释这里使用的空间相对描述语。

这里使用的术语是为了描述具体实施例的目的，而不意图是限制性的。如这里所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一个 (种、者)”和“所述(该)”也意图包括复数形式。此外，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”以及它们的变型时，说明存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组，但不排除存在或附加一个或更多个其它特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组。还要注意的是，如这里使用的，术语“基本上”、“大约”和其它类似的术语被用作近似术语而不用作程度术语，如此，它们被用来解释本领域普通技术人员将认识到的测量值、计算值和/或提供的值的固有偏差。

图1是根据本公开的一个实施方式的餐厅服务机器人送餐系统的结构示意图。

如图1所示的餐厅服务机器人送餐系统100，其包括：

无线定位标签号牌110，所述无线定位标签号牌110存储有该无线定位标签号牌110的标签ID，其中，不同的无线定位标签号牌110具有不同的标签ID；

无线定位模块120，所述无线定位模块120设置于所述餐厅的不同位置，并且与所述无线定位标签号牌110连接，将与所述无线定位标签号牌110相关的信息发送至定位系统服务器；

定位系统服务器，所述定位系统服务器根据所述无线定位模块120 发送的与所述无线定位标签号牌110相关的信息获取无线定位标签号牌 110的位置；以及

服务机器人140，所述服务机器人140将其携带的餐食输送至指定标签ID的无线定位标签号牌110处；

其中，当用餐者在点餐完成后，建立餐食单号与无线定位标签号牌110号的对应关系，当餐食被装载至服务机器人140后，控制服务机器人 140将该餐食单号输送至该餐食单号对应的所述无线定位标签号牌110处。

其中，所述无线定位标签号牌110在餐厅内设置有多个，并且每个无线定位标签号牌110的身份信息不相同。

当客人点餐时，可以通过自主操作点餐或者由服务员根据客人的要求点餐，本公开中并不对点餐方式作出限定。

本公开中，当所述服务机器人140完成餐食传送后，将该餐食单号对应的无线定位标签号牌号带回至点餐台。

以下针对本公开的无线定位标签号牌110的位置获取方式做详细说明。

所述与所述无线定位标签号牌110相关的信息包括无线定位标签号牌110的标签ID、无线定位模块120与无线定位标签号牌110的无线传输时间或信号强度值，并且所述定位系统服务器根据无线定位模块120 与无线定位标签号牌110的无线传输时间或信号强度值获得无线定位模块120与无线定位标签号牌110之间的距离。

本公开中，所述无线定位模块120的数量大于等于3个，并且所述无线定位模块120设置于所述餐厅的顶壁的内表面；当然，作为一个原则，所述无线定位模块120安装于餐厅内四周，并且不限于同一安装高度。

相应地，所述服务机器人140根据无线定位标签号牌110和至少三个无线定位模块120之间的至少三个距离信息获得所述无线定位标签号牌110在餐厅中的绝对二维坐标。

具体地，作为一种实现形式，考虑到服务机器人140在餐厅中运行时，可能不会与所有的无线定位模块120进行通信，当所述服务机器人 140接收到无线定位标签号牌110和三个无线定位模块120之间的三个距离信息，根据无线定位模块120在餐厅中的绝对坐标，应用三角定位算法获得无线定位标签号牌110在餐厅中的绝对二维坐标。

当所述服务机器人140接收到的无线定位标签号牌110和N个无线定位模块120之间的N个距离信息，从N个距离信息中任意选择三个距离信息，根据该三个距离信息所对应的基站在餐厅中的绝对坐标，应用三角定位算法获得无线定位标签号牌110在餐厅中的绝对二维坐标初始值；依次获得多个无线定位标签号牌110在餐厅中的绝对二维坐标初始值，并且根据多个绝对二维坐标初始值，应用融合最优定位算法获得当前无线定位标签号牌110在餐厅中的绝对二维坐标；其中N为大于3的整数。

本公开中，优选地，所述与所述无线定位标签号牌110相关的信息包括无线定位模块120与无线定位标签号牌110的无线传输时间或信号强度值的时间戳，当获得无线定位标签号牌110在餐厅中的绝对二维坐标后，根据所述绝对二维坐标所对应的时间戳，采用在时间序列上的去极值均值滤波法和卡尔曼滤波算法进行滤波，获得所述无线定位标签号牌110在餐厅中的最终的绝对二维坐标。

所述无线定位模块120和无线定位标签号牌110选自UWB(Ultra Wide Band)、蓝牙(Bluetooth)、RFID(Radio Frequency Identification)、 ZigBee、光通讯模块和WIFI模块中的任意一种或者多种的组合。

相应地，所述无线定位标签号牌110中也采用UWB(Ultra Wide Band)、蓝牙(Bluetooth)、RFID(Radio Frequency Identification)、ZigBee、光通讯模块和WIFI模块中的任意一种或者多种的组合，并且与所述无线定位模块120相配合。

根据本公开的另一方面，提供一种餐厅服务机器人送餐方法200，其包括：

202、客人在点餐台点餐完成后，同时建立餐食单号与无线定位标签号牌110的对应关系。

在点餐台，客人自主操作或服务员根据客人的要求操作点餐系统进行点餐，并得到餐食单号，同时输入客人要手持的无线定位标签号牌110 的标签ID，建立了餐食单号与无线定位标签号牌110的对应关系；所述服务机器人140从定位系统服务器获得无线定位标签号牌110的位置信息，从而获得客人所在的餐桌的位置。服务机器人140要想将这些餐食准确配送给客人，就需要建立无线定位标签号牌110的号码与餐食单号的一一对应关系。

204、客人持所述无线定位标签号牌110至任意餐桌就坐后，等待服务机器人140将餐食送达。

考虑到在普通的餐厅中，客人在点餐台点餐之后，拿着普通的餐牌随意选餐桌就坐，并把餐牌放置在餐桌上面。后面当餐食准备好后，服务员会观察对应号码的餐牌位置，来识别客人，再将餐食送达。有时，会在整个餐厅里面找对应号码的餐牌，效率比较低。客人若手持无线定位标签号牌110，选择任意餐桌就餐，无线定位模块120可以实时地定位无线定位标签号牌110，服务机器人140与无线定位模块120通讯，也就相应的确定无线定位标签号牌110所在的餐桌位置。

206、无线定位模块120与所述无线定位标签号牌110连接，将与所述无线定位标签号牌110相关的信息发送至定位系统服务器。

无线定位模块120用于获取该无线定位模块120与各无线定位标签号牌110之间的无线传输时间或信号强度值，在无线波空气中传输速率已知的情况下，即可计算出各无线定位标签号牌110相对于每组无线定位模块120的相对距离，再应用三角定位原理，实现准确相对定位。

测距定位依据无线波信号的不同可以包括但不限于差分飞行时间 (TDOA)、双向测距(TWR)算法、信号强度值TOA(RSSI Time Of Arrival) 以及到达角AOA(Angle OfArrival)等算法。

无线定位模块120实时接收餐厅内每一个无线定位标签号牌110信息，并将包括无线定位标签号牌110的ID、时间戳、无线定位模块120 与无线定位标签号牌110的无线信号飞行时间等相关无线信息，实时发送给定位系统服务器。

208、所述定位系统服务器根据所述无线定位模块120发送的与所述无线定位标签号牌110相关的信息获取无线定位标签号牌110的位置。

所述定位系统服务器主要实现无线定位标签号牌110的准确定位，考虑到餐厅中的遮挡和面积大小等情况，使用3组以上的无线定位模块 120来获得无线定位标签号牌110的位置，当无线定位模块120的数量大于等于4个时，同一时刻会得到冗余解。

另外，还需要考虑时间序列上的标签位置的延续性，结合融合最优定位算法、采用在时间序列上的去极值均值滤波法和卡尔曼滤波算法得到获得各无线定位标签号牌110在餐厅中最终准确的绝对二维坐标。

具体地，所述与所述无线定位标签号牌110相关的信息包括无线定位标签号牌110的标签ID、无线定位模块120与无线定位标签号牌110 的无线传输时间或信号强度值，并且所述定位系统服务器根据无线定位模块120与无线定位标签号牌110的无线传输时间或信号强度值获得无线定位模块120与无线定位标签号牌110之间的距离。

当所述服务机器人140接收到无线定位标签号牌110和三个无线定位模块120之间的三个距离信息，根据无线定位模块120在餐厅中的绝对坐标，应用三角定位算法获得无线定位标签号牌110在餐厅中的绝对二维坐标。

当所述服务机器人140接收到的无线定位标签号牌110和N个无线定位模块120之间的N个距离信息，从N个距离信息中任意选择三个距离信息，根据该三个距离信息所对应的基站在餐厅中的绝对坐标，应用三角定位算法获得无线定位标签号牌110在餐厅中的绝对二维坐标初始值；根据多个绝对二维坐标初始值应用融合最优定位算法获得当前无线定位标签号牌110在餐厅中的绝对二维坐标；其中N为大于3的整数。

所述与所述无线定位标签号牌110相关的信息包括无线定位模块120 与无线定位标签号牌110的无线传输时间或信号强度值的时间戳，当获得无线定位标签号牌110在餐厅中的绝对二维坐标后，根据所述绝对二维坐标所对应的时间戳，采用在时间序列上的去极值均值滤波法和卡尔曼滤波算法进行滤波，获得所述无线定位标签号牌110在餐厅中的最终的绝对二维坐标。

210、当所述餐食准备完成后，将餐食放置到服务机器人140内部托盘上，告知服务机器人140要送餐的无线定位标签号牌110的标签ID或者餐食单号。

定位系统服务器在计算获得各无线定位标签号牌110在餐厅中最终准确的绝对二维坐标，是为后续服务机器人140的准确送餐准备的。所述定位系统服务器的另一个任务就是实时与点餐系统进行通讯，建立客人餐食单号与无线定位标签号牌110号准确的一一对应关系，当服务机器人140送餐前查询目标餐桌位置时，定位系统服务器能及时提供。

服务员在送餐点将客人所点餐食放置到服务机器人140内部托盘上，告知服务机器人140要送餐的无线定位标签号牌110或者餐食单号。服务员告知服务机器人140无线定位标签号牌110或者餐食单号的方式可以包括但不限于屏幕点击相应按钮、语音(服务机器人140带有拾音器和语音识别算法)、遥控器(通过有线或无线控制)、定位系统服务器以及点餐系统，可以是上述任意一种或多种方式的组合。多种可以表示两种或者两种以上。

212、服务机器人140确认有效无线定位标签号牌110或者餐食单号后，获取目标餐桌桌号，服务机器人140准确地送餐至目标餐桌，并提示客人将无线定位标签号牌110放置在内部托盘上或者专门设计的标签仓中，将其带回至餐厅点餐台。

服务员确认无线定位标签号牌110或者餐食单号后，服务机器人140 与定位服务器通讯查询，可以获取目标餐桌桌号，即知道当前餐食所要送达的餐桌桌号和位置。

服务机器人140在餐厅中送餐，需要知道自己的在餐厅中的准确位置，也需要规划出从当前位置至目标餐桌的安全高效的运动路线，而服务机器人140要想规划出高效安全的运动路线，就需要提前构建整个餐厅场景的全局地图，并存储在服务机器人140内部控制器。

服务机器人140通过传感器不断地感知周围场景信息，并通过当前传感器的数据与已知全局地图进行特征匹配和识别，实现当前位置的实时全局定位。传感器具体可以是激光、视觉以及固态激光等任意一种或者多种的组合，多种可以表示两种或者两种以上。例如，可以通过向前 2D激光传感器观测当前的激光数据与全局地图实时应用粒子滤波算法实现服务机器人140的全局定位；可以通过向上的视觉传感器观测在餐厅天花板粘贴的特殊标识的反光板实现服务机器人140的全局定位；可以通过向下的视觉传感器观测地面纹理的变化实现服务机器人140的全局定位；可以通过顶部安装的激光传感器观测周围墙壁或柱子上安装的反光以实现服务机器人140的全局定位。

服务机器人140首先通过准确的全局定位，并基于准确的全局定位信息和全局地图，规划出从当前位置到目标餐桌的高效安全的运动路线，在沿所规划的运动路线行进中，不断地执行全局定位和从当前位置到目标餐桌的高效安全的运动路线规划算法，最终准确地送餐至目标餐桌。

考虑到送餐任务完成，当前无线定位标签号牌110的定位作用结束，以及后续无线定位标签号牌110的循环使用，提示客人将无线定位标签号牌110放置在内部托盘相应位置上，或者放置在专门设计的标签仓中，将无线定位标签号牌110同时带回至点餐台。服务机器人140在相应位置上安装有传感器进行检测，确认无线定位标签号牌110是否放置，以及是否位置放置正确。此传感器包括但不限于镜反射光电开关、漫反射光电开关、霍尔传感器、微动开关、RFID读取头以及摄像头等任意一种或者多种的组合。多种可以表示两种或者两种以上。

本公开中，以下将详细说明通过定位系统服务器获取无线定位标签号牌110的准确位置的流程图，具体包括：

302、定位系统服务器接收无线定位模块120发送的与所述无线定位标签号牌110相关的信息。

无线定位模块120安装于餐厅内四周，不限于同一安装高度，负责接收无线定位标签号牌110信息，并与定位系统服务器进行实时通讯。考虑到餐厅的遮挡和面积大小等原因造成可视范围减少，往往在餐厅中使用的无线定位模块120的数量为3-6组。

无线定位模块120可以是UWB(Ultra Wide Band)、蓝牙(Bluetooth)、 RFID(RadioFrequency Identification)、ZigBee、光通讯模块或者WIFI 模块等多种无线波信号通讯技术中的任意一种或者多种的组合。

无线定位模块120用于获取该无线定位模块120与各无线定位标签号牌110之间的无线传输时间或信号强度值，在无线波空气中传输速率已知的情况下，即可计算出各无线定位标签号牌110相对于每组无线定位模块120的相对距离，再应用三角定位原理，实现准确相对定位。

测距定位依据无线波信号的不同可以包括但不限于差分飞行时间 (TDOA)、双向测距(TWR)算法、信号强度值TOA(RSSI time of arrival) 以及到达角AOA(angle ofarrival)等算法。

无线定位模块120实时接收餐厅内每一个无线定位标签号牌110信息，并将包括无线定位标签号牌110的ID、时间戳、无线定位模块120 与无线定位标签号牌110的无线信号飞行时间等相关无线信息，实时发送给定位系统服务器，定位系统服务器接收无线定位模块120发送的与所述无线定位标签号牌110相关的信息。

304、当无线定位模块120的数量为三组时，应用三角定位算法，计算各无线定位标签号牌110的相对于无线定位模块120的相对位置。

当使用3组无线定位模块120时，由于已知任意无线定位标签号牌 110相对于3组无线定位模块120的距离信息，则应用三角定位算法，计算各无线定位标签号牌110的相对于无线定位模块120的相对位置。

306、计算出各无线定位标签号牌110在餐厅中的绝对二维坐标。

无线定位模块120在餐厅部署中，通过位置标定，可以获得各无线定位模块120在餐厅中的绝对三维位置，一般为了提高无线定位标签号牌110的范围，同时方便后续无线定位标签号牌110定位解算算法，各无线定位模块120安装于餐厅四周，且可选择同一物理安装高度。

在计算出各无线定位标签号牌110的相对于各无线定位模块120的相对位置，且各无线定位模块120在餐厅中的绝对三维位置已知，所以可以直接计算出各无线定位标签号牌110在餐厅中的绝对二维坐标。

308、当无线定位模块120的数量大于等于四组时，对任意3组无线定位模块120应用三角定位算法，计算各无线定位标签号牌110的相对于无线定位模块120的绝对二维坐标初始值。

当无线定位模块120的数量大于等于四组时，对于无线定位标签号牌110相对位置的解算结果是冗余的。

本公开中，对无线定位模块120中的任意3组无线定位模块120应用三角定位算法，计算各无线定位标签号牌110的相对于选定的三组无线定位模块120的绝对二维坐标初始值。

一般来说，如果无线定位模块120的数量等于四组，对每一个无线定位标签号牌110可以得到4组相对于无线定位模块120的绝对二维坐标初始值。如果无线定位模块120的数量等于五组，对每一个无线定位标签号牌110可以得到10组相对于无线定位模块120的绝对二维坐标初始值。如果无线定位模块120的数量等于六组，对每一个无线定位标签号牌110可以得到20组相对于无线定位模块120的绝对二维坐标初始值，以此类推。

310、获得各无线定位标签号牌110在餐厅中的绝对二维坐标。

对于所计算的绝对二维坐标初始值，应用融合最优定位算法，即可得到当前无线定位标签号牌在餐厅中的绝对二维坐标。

具体地，所述融合最优定位算法的步骤如下：

假设无线定位模块i在餐厅的顶壁的内表面的安置绝对位置为 B_i＝[x_i y_i z_i]^T，作为已知量，考虑实际餐厅场景的面积大小，其无线定位模块的数量N,N∈[36]。在餐厅中，无线定位标签号牌j的绝对位置为 P_j＝[u_j v_j w_j]^T，无线定位标签号牌的数量视实际使用情况而定。其相对于无线定位模块i的距离为d_ij，则对应的表达式为：

d_ij表示无线定位模块与无线定位标签号牌之间的距离，可以由定位系统服务器根据无线定位模块与无线定位标签号牌的无线传输时间或信号强度值获得。

当N＝3时，i分别为1，2，3，通过解算上面方程式，可以获得无线定位标签j的唯一绝对位置。而对于服务机器人的送餐，一般只需要考虑平面绝对二维坐标即可满足客人定位需求。

当3<N≤6时，可知解算上面方程式，会得到无线定位标签号牌j的冗余解。实际上定位系统服务器所获得的无线定位模块与无线定位标签号牌之间的距离d_ij，并不是绝对准确的，其误差假设为ε_ij，这个误差根据实际测试一般是随机的变量，受环境中的遮挡、无线定位模块的绝对位置安装误差以及数据同步时间的影响。而上述方程式就会进一步转换为：

而计算无线定位标签号牌j的位置，就变成求上述方程式最优解的问题。当然，由于ε_ij是未知随机变量，考虑到实际对于送餐服务机器人的定位精度要求不高，只需要区分出相应的桌号即可，一般把ε_ij看作是与距离和信号强度值线性相关的变量，其表达式为：

ε_ij＝τ₁·d_ij+τ₂·χ_ij

其中τ₁和τ₂分别是距离和信号强度值的权重系数，χ_ij表示信号强度值。这样ε_ij作为与距离和信号强度值相关的已知的变量，这种方法可以在保证计算精度的情况下，大幅提高计算效率。

考虑到实际测量得到的距离值的误差值并不完全理想高斯分布，如当无线定位标签号牌放置在桌面，考虑一般的桌面高度小于人的高度，当有客人经过或周围有站立的客人阻挡时，放置在桌面上的无线定位标签号牌与部分无线定位模块的通讯信号就会受到阻挡，此时往往会造成部分无线定位模块与无线定位标签号牌的测量距离值与实际偏差比较大，这种情况下，还需要引入与信号强度值有关的低通滤波器，将通讯时间间隔内的测量距离变化值限制在一定范围θ_ij＝τ₃·χ_ij内，即满足ε_ij＝min(ε_ijθ_ij)，τ₃为权重系数。

基于上述步骤，然后从N个距离信息中任意选择三个距离信息，根据该三个距离信息所对应的基站在餐厅中的绝对坐标，而对于获得的无线定位标签号牌的解的个数为

而考虑每次会有3个无线定位模块参与方程运算，则对于M解，进行基于权重系数的均值滤波，其表达式如下：

其中P_m,j表示第m次计算获得的无线定位标签号牌j的解；

表示第m次计算获得的无线定位标签号牌j的解的权重系数；P_j,k表示当前时间帧k计算获得的无线定位标签号牌j的最优解，把当前时间帧k作为标号加入表达式，为后续在时间序列上的滤波算法做准备。

312、应用采用在时间序列上的去极值均值滤波法和卡尔曼滤波算法进行滤波，获得各无线定位标签号牌110在餐厅中的最终准确的绝对二维坐标。

考虑到实际中，每个无线定位模块对于单一无线定位标签号牌的定位频率可达10Hz以上，而实际使用中对于客人的定位频率只需要满足 1Hz，甚至更慢的频率即可，为了保证单一无线定位标签号牌是够准确的定位精度，且提高计算效率，忽略高度值在二维平面XY坐标系进一步采用在时间序列上的去极值均值滤波法和卡尔曼滤波算法，建立2层滤波算法。

首先，在第1层采用时间帧序列长度为σ的去极值均值滤波法，时间帧从k-σ+1到当前时间帧k，其表达式为：

其中P_j,max为时间帧s(k-σ+1≤s≤k)的无线定位标签号牌j的解P_j,s的极值，PP_j,k为当前时间帧去极值均值滤波法之后得到的无线定位标签号牌j的解。

其次，在第2层从大的时间序列长度为ζ采用卡尔曼滤波算法，当然这个时间序列中的1个间隔，即为上面的σ时间帧序列长度。当然ζ一般为2，表示相邻时间序列应用卡尔曼滤波算法，由于卡尔曼滤波算法为通用常规算法，此处不再赘述。

当然经过上述2层滤波算法，所获得的定位坐标结果在时间上，最大会有σ·ζ帧的延迟，但是定位结果的准确性和稳定性得到大幅提高，完全满足服务机器人送餐对于客人的准确定位需要。假设获得的无线定位标签号牌j的定位结果为PPP_j,k，即为本公开所述融合最优定位算法获得的最终准确定位的绝对二维坐标。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/ 方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/ 方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims (6)

1.一种餐厅服务机器人送餐系统，其特征在于，包括：

无线定位标签号牌，所述无线定位标签号牌存储有该无线定位标签号牌的标签ID，其中，不同的无线定位标签号牌具有不同的标签ID；

无线定位模块，所述无线定位模块设置于所述餐厅的不同位置，并且与所述无线定位标签号牌连接，将与所述无线定位标签号牌相关的信息发送至定位系统服务器；

定位系统服务器，所述定位系统服务器根据所述无线定位模块发送的与所述无线定位标签号牌相关的信息获取无线定位标签号牌的位置；以及

服务机器人，所述服务机器人将其携带的餐食输送至指定标签ID的无线定位标签号牌处；

其中，当用餐者在点餐完成后，建立餐食单号与无线定位标签号牌号的对应关系，当餐食被装载至服务机器人后，控制服务机器人将该餐食单号输送至该餐食单号对应的所述无线定位标签号牌处；

所述与所述无线定位标签号牌相关的信息包括无线定位标签号牌的标签ID、无线基站模块与无线定位标签号牌的无线传输时间或信号强度值，并且所述定位系统服务器根据无线基站模块与无线定位标签号牌的无线传输时间或信号强度值获得无线基站模块与无线定位标签号牌之间的距离；

当无线定位模块的数量大于等于四组时，对任意3组无线定位模块应用三角定位算法，计算各无线定位标签号牌的相对于无线定位模块的绝对二维坐标初始值；应用融合最优定位算法获得各无线定位标签号牌在餐厅中的绝对二维坐标；

所述融合最优定位算法的步骤如下：

假设无线定位模块i在餐厅的顶壁的内表面的安置绝对位置为B_i＝[x_i y_i z_i]^T，作为已知量，考虑实际餐厅场景的面积大小，其无线定位模块的数量N,N∈[3 6]；在餐厅中，无线定位标签号牌j的绝对位置为P_j＝[u_j v_j w_j]^T，其相对于无线定位模块i的距离为d_ij，则对应的表达式为：

d_ij表示无线定位模块与无线定位标签号牌之间的距离，由定位系统服务器根据无线定位模块与无线定位标签号牌的无线传输时间或信号强度值获得；

当3<N≤6时，会得到无线定位标签号牌j的冗余解，假定定位系统服务器所获得的无线定位模块与无线定位标签号牌之间的距离d_ij的误差为ε_ij，上述方程式就会进一步转换为：

其中，ε_ij是与距离和信号强度值线性相关的变量，其表达式为：

ε_ij＝τ₁·d_ij+τ₂·χ_ij

其中τ₁和τ₂分别是距离和信号强度值的权重系数，χ_ij表示信号强度值；

将通讯时间间隔内的测量距离变化值限制在范围

内，满足

τ₃为权重系数；

然后从N个距离信息中任意选择三个距离信息，根据该三个距离信息所对应的基站在餐厅中的绝对坐标，而对于获得的无线定位标签号牌的解的个数为

而考虑每次会有3个无线定位模块参与方程运算，则对于M解，进行基于权重系数的均值滤波，其表达式如下：

其中P_m,j表示第m次计算获得的无线定位标签号牌j的解；

表示第m次计算获得的无线定位标签号牌j的解的权重系数；P_j,k表示当前时间帧k计算获得的无线定位标签号牌j的最优解，把当前时间帧k作为标号加入表达式，为后续在时间序列上的滤波算法做准备；应用采用在时间序列上的去极值均值滤波法和卡尔曼滤波算法进行滤波，获得各无线定位标签号牌在餐厅中的最终准确的绝对二维坐标；

在第1层采用时间帧序列长度为σ的去极值均值滤波法，时间帧从k-σ+1到当前时间帧k，其表达式为：

其中P_j,max为时间帧s(k-σ+1≤s≤k)的无线定位标签号牌j的解P_j,s的极值，PP_j,k为当前时间帧去极值均值滤波法之后得到的无线定位标签号牌j的解；

在第2层从大的时间序列长度为ζ采用卡尔曼滤波算法，时间序列中的1个间隔为上面的σ时间帧序列长度，ζ为2，表示相邻时间序列应用卡尔曼滤波算法；

假设获得的无线定位标签号牌j的定位结果为PPP_j,k，为所述融合最优定位算法获得的最终准确定位的绝对二维坐标。

2.如权利要求1所述的餐厅服务机器人送餐系统，其特征在于，当所述服务机器人完成餐食传送后，将该餐食单号对应的无线定位标签号牌号带回至点餐台。

3.如权利要求1所述的餐厅服务机器人送餐系统，其特征在于所述无线定位模块设置于所述餐厅的顶壁的内表面。

4.如权利要求1所述的餐厅服务机器人送餐系统，其特征在于，所述无线定位模块选自UWB(Ultra Wide Band)、蓝牙(Bluetooth)、RFID(Radio Frequency Identification)、ZigBee、光通讯模块和WIFI模块中的任意一种或者多种的组合。

5.一种餐厅服务机器人送餐方法，其特征在于，包括：

客人在点餐台点餐完成后，同时建立餐食单号与无线定位标签号牌的标签ID的对应关系；

客人持所述无线定位标签号牌至任意餐桌就坐后，等待服务机器人将餐食送达；

无线定位模块与所述无线定位标签号牌连接，将与所述无线定位标签号牌相关的信息发送至定位系统服务器；

所述定位系统服务器根据所述无线定位模块发送的与所述无线定位标签号牌相关的信息获取无线定位标签号牌的位置；

当所述餐食准备完成后，将餐食放置到服务机器人内部托盘上，告知服务机器人要送餐的无线定位标签号牌的标签ID或者餐食单号；以及

服务机器人确认有效无线定位标签号牌或者餐食单号后，获取目标餐桌桌号，服务机器人准确地送餐至目标餐桌，并提示客人将无线定位标签号牌放置在内部托盘上或者标签仓中，将其带回至餐厅点餐台；

其中，所述与所述无线定位标签号牌相关的信息包括无线定位标签号牌的标签ID、无线基站模块与无线定位标签号牌的无线传输时间或信号强度值，并且所述定位系统服务器根据无线基站模块与无线定位标签号牌的无线传输时间或信号强度值获得无线基站模块与无线定位标签号牌之间的距离；

当无线定位模块的数量大于等于四组时，对任意3组无线定位模块应用三角定位算法，计算各无线定位标签号牌的相对于无线定位模块的绝对二维坐标初始值；应用融合最优定位算法获得各无线定位标签号牌在餐厅中的绝对二维坐标；

所述融合最优定位算法的步骤如下：

假设无线定位模块i在餐厅的顶壁的内表面的安置绝对位置为B_i＝[x_i y_i z_i]^T，作为已知量，考虑实际餐厅场景的面积大小，其无线定位模块的数量N,N∈[3 6]；在餐厅中，无线定位标签号牌j的绝对位置为P_j＝[u_j v_j w_j]^T，其相对于无线定位模块i的距离为d_ij，则对应的表达式为：

d_ij表示无线定位模块与无线定位标签号牌之间的距离，由定位系统服务器根据无线定位模块与无线定位标签号牌的无线传输时间或信号强度值获得；

当3<N≤6时，会得到无线定位标签号牌j的冗余解，假定定位系统服务器所获得的无线定位模块与无线定位标签号牌之间的距离d_ij的误差为ε_ij，上述方程式就会进一步转换为：

其中，ε_ij是与距离和信号强度值线性相关的变量，其表达式为：

ε_ij＝τ₁·d_ij+τ₂·χ_ij

其中τ₁和τ₂分别是距离和信号强度值的权重系数，χ_ij表示信号强度值；

将通讯时间间隔内的测量距离变化值限制在范围

内，满足

τ₃为权重系数；

然后从N个距离信息中任意选择三个距离信息，根据该三个距离信息所对应的基站在餐厅中的绝对坐标，而对于获得的无线定位标签号牌的解的个数为

而考虑每次会有3个无线定位模块参与方程运算，则对于M解，进行基于权重系数的均值滤波，其表达式如下：

其中P_m,j表示第m次计算获得的无线定位标签号牌j的解；

表示第m次计算获得的无线定位标签号牌j的解的权重系数；P_j,k表示当前时间帧k计算获得的无线定位标签号牌j的最优解，把当前时间帧k作为标号加入表达式，为后续在时间序列上的滤波算法做准备；应用采用在时间序列上的去极值均值滤波法和卡尔曼滤波算法进行滤波，获得各无线定位标签号牌在餐厅中的最终准确的绝对二维坐标；

在第1层采用时间帧序列长度为σ的去极值均值滤波法，时间帧从k-σ+1到当前时间帧k，其表达式为：

其中P_j,max为时间帧s(k-σ+1≤s≤k)的无线定位标签号牌j的解P_j,s的极值，PP_j,k为当前时间帧去极值均值滤波法之后得到的无线定位标签号牌j的解；

在第2层从大的时间序列长度为ζ采用卡尔曼滤波算法，时间序列中的1个间隔为上面的σ时间帧序列长度，ζ为2，表示相邻时间序列应用卡尔曼滤波算法；

假设获得的无线定位标签号牌j的定位结果为PPP_j,k，为所述融合最优定位算法获得的最终准确定位的绝对二维坐标。

6.如权利要求5所述的餐厅服务机器人送餐方法，其特征在于，所述无线定位模块设置于所述餐厅的顶壁的内表面。

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