CN115226203B - Gps拒止环境中机器人集群的定位方法、设备及介质 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种GPS拒止环境中机器人集群的定位方法、设备及介质，涉及机器人技术领域，该方法包括：获取机器人集群执行任务的预设路径信息以及分布设置在所述机器人集群起始位置的3个UWB基站的坐标；在机器人集群位于起始位置时，选取最后出发的1个机器人作为中继机器人；基于3个UWB基站的坐标确定中继机器人的坐标，并基于中继机器人的坐标确定机器人集群中剩余机器人的坐标；在机器人集群从起始位置出发时，机器人集群中的机器人根据预设路径信息从起始位置依次移动，基于相邻的2个机器人对应的坐标确定机器人在移动后的坐标，直至机器人集群中的机器人根据预设路径信息完成任务；本发明能够解决在GPS拒止环境中，低成本的进行机器人集群定位。

Description

GPS拒止环境中机器人集群的定位方法、设备及介质
技术领域
本发明涉及但不限于机器人技术领域，尤其涉及一种GPS拒止环境中机器人集群的定位方法、设备及介质。
背景技术
在室内等封闭环境下，由于GPS(Global Position System，全球定位系统)信号不佳乃至缺失，无法保证机器人的实时定位。机器人集群在GPS拒止环境中执行任务时，为了保证机器人集群中的机器人在GPS信号缺失的情况下，能够准确、高效地按照预先规划的路径自主行驶，达到机器人集群整体的任务执行效果，现有技术中，通常在GPS拒止环境中的固定位置布置多个UWB(Ultra Wide Band，超宽带)基站，采用多个UWB基站对机器人进行定位，然而，在存在障碍物遮挡的情况下，由于障碍物对UWB信号的遮挡，会导致UWB信号覆盖盲区，从而无法对部分区域的机器人进行定位，因此，实践中往往需要在障碍物分割的每个区域布置多个UWB基站，而这会导致部署成本过高的问题。
因此，有必要改进现有的机器人集群的定位方式，以解决在GPS拒止环境中，由于存在障碍物遮挡，需要在障碍物分割的每个区域布置多个UWB基站，导致部署成本过高的问题。
发明内容
以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
本发明实施例提供了一种GPS拒止环境中机器人集群的定位方法、设备及介质，能够实时、自适应寻找最优导航路径。
第一方面，本发明实施例提供了一种GPS拒止环境中机器人集群的定位方法，包括：
步骤S100、获取机器人集群执行任务的预设路径信息以及分布设置在所述机器人集群起始位置的3个UWB基站的坐标；
步骤S200、在机器人集群位于起始位置时，选取最后出发的1个机器人作为中继机器人；
步骤S300、基于3个UWB基站的坐标确定所述中继机器人的坐标，并基于所述中继机器人的坐标确定所述机器人集群中剩余机器人的坐标；
步骤S400、在机器人集群从所述起始位置出发时，所述机器人集群中的机器人根据预设路径信息从起始位置依次移动，基于相邻的2个机器人对应的坐标确定机器人在移动后的坐标，直至所述机器人集群中的机器人根据预设路径信息完成任务。
在一些实施例中，步骤S300中，所述基于3个UWB基站的坐标确定所述中继机器人的坐标，并基于所述中继机器人的坐标确定所述机器人集群中剩余机器人的坐标，包括：
步骤S310、中继机器人通过UWB标签发送UWB信号，并接收3个UWB基站分别回传的3个距离值以及所述机器人集群中的机器人回传的应答信息；
步骤S320、所述中继机器人根据所述3个距离值确定所述中继机器人的坐标；
步骤S330、所述中继机器人确定所述机器人集群中的机器人是否均确定好了坐标；若是，则结束，否则执行步骤S340；
步骤S340、将所述中继机器人设置为中继UWB基站；
步骤S350、中继UWB基站从回传应答信息的机器人中选取距离最近的机器人作为中继机器人，并从所述3个UWB基站中选取与所述中继UWB基站距离最近的2个UWB基站，共得到3个UWB基站后，执行步骤S310。
在一些实施例中，步骤S310中，所述UWB基站回传的距离值通过以下方式确定：
步骤S311，中继机器人通过自身的UWB标签发送发送UWB信号；其中，所述UWB信号中包含发射信号的起始时间；
步骤S312，UWB基站接收到所述UWB信号时，确定接收到所述UWB信号的时间；
步骤S313，根据接收到的时间以及UWB信号中包含的发送时间确定UWB标签与UWB基站之间的通信时间；
步骤S314，根据所述通信时间确定UWB标签与所述基站坐标的距离信息。
在一些实施例中，步骤S400中，所述机器人集群中的机器人根据预设路径信息从起始位置依次移动，基于相邻的2个机器人对应的坐标确定机器人在移动后的坐标，直至所述机器人集群中的机器人根据预设路径信息完成任务，包括：
步骤S401、获取所述机器人集群中机器人的身份标识，基于所述身份标识将所述机器人集群中的全部机器人划入等待集；
步骤S402、从所述等待集中选取最先出发的1个机器人作为引导机器人；
步骤S403、引导机器人基于预设路径信息进行导航，每隔第一预设时间间隔移动一次，其中，所述预设位置信息包括任一所述UWB基站的定位信息；
步骤S404、从所述等待集中筛选与所述引导机器人距离最近的2个机器人，获取所述最近的2个机器人对应的坐标；
步骤S405、所述引导机器人通过UWB标签发送UWB信号，并接收所述最近的2个机器人分别回传的2个距离值；
步骤S406、根据所述最近的2个机器人分别回传的2个距离值和所述最近的2个机器人对应的坐标确定所述引导机器人的坐标；
步骤S407、保持所述引导机器人不动，将所述引导机器人划入完成集；
步骤S408、确定所述等待集是否为空，若是，则执行步骤S409，否则执行步骤S410；
步骤S409、确定所述机器人集群中的机器人是否根据预设路径信息完成任务；若是，则结束；否则，将所述所述完成集中的机器人全部转移到等待集中后，执行步骤S402；
步骤S410、从所述最近的2个机器人中选取任一机器人作为引导机器人，并执行步骤S403。
第二方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第一方面所述的GPS拒止环境中机器人集群的定位方法。
第三方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行如第一方面所述的GPS拒止环境中机器人集群的定位方法。
本发明实施例包括：获取机器人集群执行任务的预设路径信息以及分布设置在所述机器人集群起始位置的3个UWB基站的坐标；3个UWB基站的坐标预先设置；在机器人集群位于起始位置时，选取最后出发的1个机器人作为中继机器人；基于3个UWB基站的坐标确定所述中继机器人的坐标，并基于所述中继机器人的坐标确定所述机器人集群中剩余机器人的坐标；在机器人集群从所述起始位置出发时，所述机器人集群中的机器人根据预设路径信息从起始位置依次移动，基于相邻的2个机器人对应的坐标确定机器人在移动后的坐标，直至所述机器人集群中的机器人根据预设路径信息完成任务。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1是本发明实施例中的一种GPS拒止环境中机器人集群的定位方法的流程示意图；
图2是本发明另一个实施例提供的电子设备的结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。说明书、权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
下面结合附图，对本发明实施例作进一步阐述。
如图1所示，图1是本发明一个实施例提供的一种GPS拒止环境中机器人集群的定位方法的流程图，在该方法中，包括但不限于有以下步骤：
步骤S100、获取机器人集群执行任务的预设路径信息以及分布设置在所述机器人集群起始位置的3个UWB基站的坐标；
需要说明的是，所述机器人集群包含多个机器人，所述机器人集群中的各个机器人均设置有UWB标签和UWB模块；UWB标签能发送UWB信号，UWB模块能发送和接收UWB信号；3个UWB基站的坐标通过实时读取卫星定位系统的位置信息确定；
步骤S200、在机器人集群位于起始位置时，选取最后出发的1个机器人作为中继机器人；
步骤S300、基于3个UWB基站的坐标确定所述中继机器人的坐标，并基于所述中继机器人的坐标确定所述机器人集群中剩余机器人的坐标；
步骤S400、在机器人集群从所述起始位置出发时，所述机器人集群中的机器人根据预设路径信息从起始位置依次移动，基于相邻的2个机器人对应的坐标确定机器人在移动后的坐标，直至所述机器人集群中的机器人根据预设路径信息完成任务。
在本发明提供实施例中，首先在起始位置周边部署3个UWB基站，对3个UWB基站的位置进行标定。可预先将机器人置于起始位置，向机器人集群中的任一机器人发送执行任务的控制指令后，该机器人在机器人集群中进行广播，机器人集群根据控制指令按照预设路径信息行驶。所述机器人集群中的机器人根据预设路径信息从起始位置依次移动，确定与移动后的机器人相邻的2个机器人，基于与移动后的机器人相邻的2个机器人对应的坐标确定该移动后的机器人在移动后的坐标，直至所述机器人集群中的机器人根据预设路径信息完成任务。
本发明通过在机器人集群位于起始位置时，确定机器人集群中剩余机器人的坐标；在机器人根据预设路径信息从起始位置出发时，依次移动，机器人集群中的每个机器人充当UWB基站，从而基于相邻的2个机器人对应的坐标确定机器人在移动后的坐标，直至所述机器人集群中的机器人根据预设路径信息完成任务。本发明通过接力的方式进行位置定位，能够低成本的进行机器人集群定位，解决在GPS拒止环境中，由于存在障碍物遮挡，需要在障碍物分割的每个区域布置多个UWB基站，导致部署成本过高的问题。
另外，在一实施例中，图1所示实施例中的步骤S300中，所述基于3个UWB基站的坐标确定所述中继机器人的坐标，并基于所述中继机器人的坐标确定所述机器人集群中剩余机器人的坐标，包括：
步骤S310、中继机器人通过UWB标签发送UWB信号，并接收3个UWB基站分别回传的3个距离值以及所述机器人集群中的机器人回传的应答信息；
需要说明的是，所述UWB信号包括发送所述UWB信号的中继机器人的身份标识；UWB基站根据身份标识识别发送UWB信号的中继机器人，从而将应答信息回传给对应的中继机器人；
步骤S320、所述中继机器人根据所述3个距离值确定所述中继机器人的坐标；
步骤S330、所述中继机器人确定所述机器人集群中的机器人是否均确定好了坐标；若是，则结束，否则执行步骤S340；
步骤S340、将所述中继机器人设置为中继UWB基站；
步骤S350、中继UWB基站从回传应答信息的机器人中选取距离最近的机器人作为中继机器人，并从所述3个UWB基站中选取与所述中继UWB基站距离最近的2个UWB基站，共得到3个UWB基站后，执行步骤S310。
需要说明的是，所述机器人集群中的各个机器人之间通过UWB通信连接，机器人集群中的机器人通过发送UWB信号回传应答信息，中继UWB基站根据应答信息的发送和接收时间确定机器人的距离，从而确定距离最近的机器人；通过获取该机器人的身份标识，从而将对应的机器人设置为中继机器人。
另外，在一实施例中，步骤S310中，所述UWB基站回传的距离值通过以下方式确定：
步骤S311，中继机器人通过自身的UWB标签发送发送UWB信号；其中，所述UWB信号中包含发射信号的起始时间；
步骤S312，UWB基站接收到所述UWB信号时，确定接收到所述UWB信号的时间；
步骤S313，根据接收到的时间以及UWB信号中包含的发送时间确定UWB标签与UWB基站之间的通信时间；
步骤S314，根据所述通信时间确定UWB标签与所述基站坐标的距离信息。
本实施例中，通过中继机器人的UWB标签发送发送UWB信号，UWB信号中加入信号发出的起始时间，然后将此数据包进行广播，本实施例假定UWB基站和UWB标签的时钟保持同步，那么每个UWB基站接收到此UWB信号时，便可以根据接收到的时间以及UWB信号中包含的发送时间获得UWB标签与各个基站之间的通信时间ti(i＝1,2,3)，利用公式di＝c*ti(i＝1,2,3)算出UWB标签与各个基站坐标的距离信息。
另外，在一实施例中，步骤S320中，所述中继机器人根据所述3个距离值确定所述中继机器人的坐标，包括：
获取中继机器人分别到3个UWB基站的3个距离值；
利用三边定位算法进行求解得到所述中继机器人的坐标。
另外，在一实施例中，步骤S400中，所述机器人集群中的机器人根据预设路径信息从起始位置依次移动，基于相邻的2个机器人对应的坐标确定机器人在移动后的坐标，直至所述机器人集群中的机器人根据预设路径信息完成任务，包括：
步骤S401、获取所述机器人集群中机器人的身份标识，基于所述身份标识将所述机器人集群中的全部机器人划入等待集；
步骤S402、从所述等待集中选取最先出发的1个机器人作为引导机器人；
步骤S403、引导机器人基于预设路径信息进行导航，每隔第一预设时间间隔移动一次，其中，所述预设位置信息包括任一所述UWB基站的定位信息；
步骤S404、从所述等待集中筛选与所述引导机器人距离最近的2个机器人，获取所述最近的2个机器人对应的坐标；
步骤S405、所述引导机器人通过UWB标签发送UWB信号，并接收所述最近的2个机器人分别回传的2个距离值；
步骤S406、根据所述最近的2个机器人分别回传的2个距离值和所述最近的2个机器人对应的坐标确定所述引导机器人的坐标；
步骤S407、保持所述引导机器人不动，将所述引导机器人划入完成集；
步骤S408、确定所述等待集是否为空，若是，则执行步骤S409，否则执行步骤S410；
步骤S409、确定所述机器人集群中的机器人是否根据预设路径信息完成任务；若是，则结束；否则，将所述所述完成集中的机器人全部转移到等待集中后，执行步骤S402；
步骤S410、从所述最近的2个机器人中选取任一机器人作为引导机器人，并执行步骤S403。
另外，参照图2，本发明的一个实施例还提供了一种电子设备10，该电子设备10包括：存储器11、处理器12及存储在存储器11上并可在处理器12上运行的计算机程序。
处理器12和存储器11可以通过总线或者其他方式连接。
实现上述实施例的GPS拒止环境中机器人集群的定位方法所需的非暂态软件程序以及指令存储在存储器11中，当被处理器12执行时，执行上述实施例中的GPS拒止环境中机器人集群的定位方法。
此外，本发明的一个实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个处理器或控制器执行，例如，被上述电子设备实施例中的一个处理器执行，可使得上述处理器执行上述实施例中的GPS拒止环境中机器人集群的定位方法。
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本发明权利要求所限定的范围内。

Claims (5)

1.一种GPS拒止环境中机器人集群的定位方法，其特征在于，包括：
步骤S100、获取机器人集群执行任务的预设路径信息以及分布设置在所述机器人集群起始位置的3个UWB基站的坐标；
步骤S200、在机器人集群位于起始位置时，选取最后出发的1个机器人作为中继机器人；
步骤S300、基于3个UWB基站的坐标确定所述中继机器人的坐标，并基于所述中继机器人的坐标确定所述机器人集群中剩余机器人的坐标；
步骤S400、在机器人集群从所述起始位置出发时，所述机器人集群中的机器人根据预设路径信息从起始位置依次移动，基于相邻的2个机器人对应的坐标确定机器人在移动后的坐标，直至所述机器人集群中的机器人根据预设路径信息完成任务；
步骤S400中，所述机器人集群中的机器人根据预设路径信息从起始位置依次移动，基于相邻的2个机器人对应的坐标确定机器人在移动后的坐标，直至所述机器人集群中的机器人根据预设路径信息完成任务，包括：
步骤S401、获取所述机器人集群中机器人的身份标识，基于所述身份标识将所述机器人集群中的全部机器人划入等待集；
步骤S402、从所述等待集中选取最先出发的1个机器人作为引导机器人；
步骤S403、引导机器人基于预设路径信息进行导航，每隔第一预设时间间隔移动一次，其中，所述预设路径信息包括任一所述UWB基站的定位信息；
步骤S404、从所述等待集中筛选与所述引导机器人距离最近的2个机器人，获取所述最近的2个机器人对应的坐标；
步骤S405、所述引导机器人通过UWB标签发送UWB信号，并接收所述最近的2个机器人分别回传的2个距离值；
步骤S406、根据所述最近的2个机器人分别回传的2个距离值和所述最近的2个机器人对应的坐标确定所述引导机器人的坐标；
步骤S407、保持所述引导机器人不动，将所述引导机器人划入完成集；
步骤S408、确定所述等待集是否为空，若是，则执行步骤S409，否则执行步骤S410；
步骤S409、确定所述机器人集群中的机器人是否根据预设路径信息完成任务；若是，则结束；否则，将所述完成集中的机器人全部转移到等待集中后，执行步骤S402；
步骤S410、从所述最近的2个机器人中选取任一机器人作为引导机器人，并执行步骤S403。
2.根据权利要求1所述的GPS拒止环境中机器人集群的定位方法，其特征在于，步骤S300中，所述基于3个UWB基站的坐标确定所述中继机器人的坐标，并基于所述中继机器人的坐标确定所述机器人集群中剩余机器人的坐标，包括：
步骤S310、中继机器人通过UWB标签发送UWB信号，并接收3个UWB基站分别回传的3个距离值以及所述机器人集群中的机器人回传的应答信息；
步骤S320、所述中继机器人根据所述3个距离值确定所述中继机器人的坐标；
步骤S330、所述中继机器人确定所述机器人集群中的机器人是否均确定好了坐标；若是，则结束，否则执行步骤S340；
步骤S340、将所述中继机器人设置为中继UWB基站；
步骤S350、中继UWB基站从回传应答信息的机器人中选取距离最近的机器人作为中继机器人，并从所述3个UWB基站中选取与所述中继UWB基站距离最近的2个UWB基站，共得到3个UWB基站后，执行步骤S310。
3.根据权利要求2所述的GPS拒止环境中机器人集群的定位方法，其特征在于，步骤S310中，所述UWB基站回传的距离值通过以下方式确定：
步骤S311，中继机器人通过自身的UWB标签发送发送UWB信号；其中，所述UWB信号中包含发射信号的起始时间；
步骤S312，UWB基站接收到所述UWB信号时，确定接收到所述UWB信号的时间；
步骤S313，根据接收到的时间以及UWB信号中包含的发送时间确定UWB标签与UWB基站之间的通信时间;
步骤S314，根据所述通信时间确定UWB标签与所述UWB基站的距离信息。
4.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至3中任意一项所述的GPS拒止环境中机器人集群的定位方法。
5.一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，其特征在于，所述计算机可执行指令用于执行如权利要求1至3中任意一项所述的GPS拒止环境中机器人集群的定位方法。
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