CN205656497U - 一种rfid定位机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种RFID定位机器人，包括机器人本体以及位于机器人本体底部的底座，关键在于，在所述底座上安装有天线阵列，所述天线阵列上分布有若干天线阵列单元。本实用新型能够实现可靠的机器人室内位置和姿态确定，通过改变RFID天线阵列的密度和RFID地标的密度可以实现不同精度的定位效果，因此可以方便地在精度和成本之间做出选择；机器人定位精度主要由安置于机器人上的RFID天线阵列决定，而对于RFID标签地标的密度要求不高，因此可以极大减低本实用新型的实施成本。

Description

一种RFID定位机器人

技术领域

本实用新型属于工业机器人技术领域，具体是涉及一种RFID定位机器人。

背景技术

机器人位置和姿态确定是机器人引导控制中重要的部分。现有机器人定位包括无线电定位、超声波定位、激光定位、光学定位、惯性定位等。

无线电定位一般依靠待定位点到多个基站的无线电传输时间差来进行确定，这种定位一般比较适合室内空旷环境，因为复杂的室内情况，例如墙壁、障碍物等会对无线电波形成反射或衍射，从而极大减低定位精度，目前在理想情况下，该定位法在室内可以达到10cm的定位精度，但如果有墙壁阻挡，则精度一般会降至1m。因此对于复杂的室内情况，该定位方法精度差。

激光、超声波和光学定位法主要依靠特定参照物距离进行位置计算，因此如果在比较多变的环境中，例如存在其他机器人的影响或障碍物发生变化的情况下，则其位置计算将产生很大的偏差，因此主要应用在避碰等场合。

惯性定位一般依靠高精度的陀螺仪，其成本很高，并且惯性导航 在长期运行下会出现漂移，从而导致定位发生错误，因此一般用作辅助定位手段。

也有基于RFID导航的方法，主要是依据RSSI(无线信号强度)来进行计算，利用三角定位法根据标签的信号强度来计算机器人位置。而无线信号强度本身容易受到外界干扰并且定位精度很低，因此也难以用作机器人位置和姿态的准确计算。并且该方法只能用于机器人位置的确定，对于机器人姿态，即朝向无法确定。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种RFID定位机器人，本实用新型解决其技术问题采用的技术方案为：

一种RFID定位机器人，包括机器人本体以及位于机器人本体底部的底座，关键是，在所述底座上安装有天线阵列，所述天线阵列上分布有若干天线阵列单元。

本实用新型进一步的技术方案还包括：

所述天线阵列朝向RFID标签，所述天线阵列单元的密度可调。

所述天线阵列分别连接行多路选通开关和列多路选通开关，所述行多路选通开关和列多路选通开关分别通过天线与RFID射频芯片连接，在行多路选通开关和列多路选通开关之间设有天线切换控制器。

所述天线阵列单元的面积小于单个RFID标签的面积。

所述天线阵列至少覆盖两个RFID标签。

与现有技术相比，本实用新型的有益技术效果为：本实用新型能 够实现可靠的机器人室内位置和姿态确定。通过改变RFID天线阵列的密度和RFID地标的密度可以实现不同精度的定位效果，因此可以方便地在精度和成本之间做出选择。另外，由于采用近场通信，并且定位不依靠信号强度，因此抗电磁干扰能力强。由于RFID标签的固定性，因此该定位方式不存在类似惯性导航那样的漂移问题，也不存在光学、视觉导航等的容易受到障碍物变化而出现定位错误的问题。机器人定位精度主要由安置于机器人上的RFID天线阵列决定，而对于RFID标签地标的密度要求不高，因此可以极大减低本实用新型的实施成本。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型中天线阵列的控制结构示意图；

图3为本实用新型一实施例中天线阵列的结构示意图；

图4为本实用新型一实施例中RFID标签的结构示意图；

图5为本实用新型一实施例中天线阵列与RFID标签的相对位置示意图；

图1中：1-天线阵列单元；2-底座；3-机器人本体；4-天线阵列；5-轮。

具体实施方式

下面将结合附图，进一步详细说明本实用新型的具体实施方式。

请参阅图1，本实用新型一种RFID定位机器人，包括机器人本体以及位于机器人本体底部的底座，在所述底座上安装有天线阵列，天线阵列上分布有若干天线阵列单元。其中，天线阵列作为RFID读取器，用于读取RFID标签的信息，天线阵列单元用于RFID标签坐标以及角度信息的读取和精确计算。

本实用新型中，RFID标签为无源RFID标签，安置于地面上，标签内容记录了该处位置信息；安装于移动机器人底座的RFID天线阵列和控制器，用于激活不同的天线阵列单元进行RFID标签的读取；

首先，在机器人工作区域地面上内根据天线阵列尺寸铺设RFID标签，要求将每个地标坐标信息写入RFID标签，并且在机器人RFID天线阵列内能够至少覆盖2个RFID标签，天线阵列单元的面积小于单个RFID标签的面积，保证了单个RFID标签能够被多个天线阵列单元读取，可有效提高机器人的定位精度。

机器人下方安装面向地面的RFID天线阵列，其读取朝向和地面RFID标签一致。

工作时，机器人利用扫描方式依次激活RFID天线阵列单元，用于寻找地面RFID标签和读取相关标签的坐标信息。当机器人读取到RFID标签的地标信息时，就能够根据此时激活的天线阵列单元的位置和RFID地标坐标信息计算出机器人的位置。

当机器人读取到两个不同的RFID标签时，就可以根据各自对应的坐标和激活的天线阵列单元计算出机器人的位置和姿态。

请参阅图2、图3、图4，RFID标签铺设于地面，标签中对应写入下方的坐标信息，如(1,1)，(2,1)，...，(4,3)，(4,4)；天线阵列上分布若干天线阵列单元，我们对天线阵列单元进行编号并记录，依次为A1，A2，A3，...H1，H2，...，H8；本实用新型中，天线阵列分别连接行多路选通开关和列多路选通开关，所述行多路选通开关和列多路选通开关分别通过天线与RFID射频芯片连接，在行多路选通开关和列多路选通开关之间设有天线切换控制器。其中，天线切换控制器分别控制列选通和行选通，对天线矩阵进行切换，例如如果要选择B2天线，则列多路选通开关选通B，行多路选通开关选通2，则将RFID射频芯片的天线和B2接通，利用B2天线寻找和读取RFID标签。

请参阅图5，机器人利用扫描方式依次激活天线阵列单元A1-H8进行RFID标签寻找和读取，并且将内容进行记录；完成一轮扫描后，即可根据读取的结果进行机器人位置和姿态计算。

当机器人处于该位置时，可以扫描到如下信息：

C2--(2,3)，H2--(3,4)，E4--(3,3)，G7--(4,3)，同时，由于RFID的读取范围存在一定的不确定性，例如有可能相邻天线同时扫描到一个RFID标签，例如出现B6，C6，B7，C7均扫描到(3,2)标签，C2扫描到(2,3)标签。因此利用扫描信息直接计算位置会造成计算冲突，所以利用下述算法进行计算以消除这种不确定性：

1：选取不重复的两点读取到的标签和对应的天线位置，由两点确定一条直线的规则，计算出机器人的中心位置(X1,Y1)和角度(θ1)；

2：如果还有其他天线或标签配对，则选取另外一组组合，计算出机器人的中心位置(X2,Y2)和角度(θ2)；

3：重复上述过程，直至最后一组组合可能均被计算完成，得到机器人的中心位置(Xn,Yn)和角度(θn)；

4：最后，将所有位置和角度取平均值，得到机器人位置：

X＝(X1+X2+......+Xn)/n

Y＝(Y1+Y2+......+Yn)/n

θ＝(θ1+θ2+......+θn)/n。

上述算法解决了在计算位置过程中，同一个RFID标签被多个天线读取后引起的位置计算冲突，同时，也利用多个天线的冗余信息更好地校正了机器人位置和姿态的计算结果，提升了定位精度。

因此，在RFID标签铺设密度一定的情况下，机器人的定位精度主要靠RFID天线阵列的尺寸和密度决定，因此可以在定位精度和成本之间获取很高的性价比。

以上仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，本实用新型的保护范围以所附权利要求为准，其他凡其结构和原理与本实用新型相同或者相似的，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种RFID定位机器人，包括机器人本体以及位于机器人本体底部的底座，其特征在于，在所述底座上安装有天线阵列，所述天线阵列上分布有若干天线阵列单元。

2.根据权利要求1所述的一种RFID定位机器人，其特征在于，所述天线阵列朝向RFID标签，所述天线阵列单元的密度可调。

3.根据权利要求2所述的一种RFID定位机器人，其特征在于，所述天线阵列分别连接行多路选通开关和列多路选通开关，所述行多路选通开关和列多路选通开关分别通过天线与RFID射频芯片连接，在行多路选通开关和列多路选通开关之间设有天线切换控制器。

4.根据权利要求2所述的一种RFID定位机器人，其特征在于，所述天线阵列单元的面积小于单个RFID标签的面积。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种RFID定位机器人，其特征在于，所述天线阵列至少覆盖两个RFID标签。