CN206209407U - 一种室内机器人导航定位系统 - Google Patents
一种室内机器人导航定位系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN206209407U CN206209407U CN201621317494.7U CN201621317494U CN206209407U CN 206209407 U CN206209407 U CN 206209407U CN 201621317494 U CN201621317494 U CN 201621317494U CN 206209407 U CN206209407 U CN 206209407U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- module
- robot
- main control
- rfid
- card reader
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
- Manipulator (AREA)
Abstract
本实用新型提供一种室内机器人导航定位系统，属于定位技术领域。该导航定位系统包括上位机、定位模块、ZigBee无线通讯模块、机器人主控模块和行走移动模块；定位模块包括摄像模块和RFID射频收发模块；上位机包括MALAB图像处理模块、人机交互模块和路径规划模块；MALAB图像处理模块结合摄像模块、RFID射频收发模块以及人机交互模块输入的信息来定位室内障碍物、机器人和目标点，并输出连接于路径规划模块；路径规划模块通过ZigBee无线通讯模块与机器人主控模块连接，行走移动模块受控连接于机器人主控模块。本实用新型的导航定位系统具有导航定位精度高，运算和存储能力强，机器人的灵敏度高、可控性强的特点。
Description
【技术领域】
本实用新型涉及定位技术领域，特别涉及一种室内机器人导航定位系统。
【背景技术】
定位技术作为移动机器人最主要的研究对象之一，也是移动机器人关键技术。通过定位技术确定移动机器人作业空间环境下的全局坐标的位置，实时确定移动机器人的位置，才能快速准确地完成任务。定位方法根据不同的作业环境下进行划分，通常分为室外定位和室内定位。其中在室外定位主要方法有：惯性定位、GPS定位、路标定位等方法；室内定位主要有红外线、超声波、无线局域网定位、射频识别定位和视觉技术定位等方法。
在以上定位方法中，GPS是基于卫星通讯的导航定位系统而实现的，主要应用于室外定位，常用在军事、民用领域。由于民用领域定位精度不高,且在室内还受到各种因素的影响，如障碍物的遮蔽造成精度更加不高。而红外线定位方法因需要近距离接触物体、与物体平行的条件，无法推广应用。超声波定位技术中精度较高，但是无法应用大的复杂环境。无线局域定位通过定位物体的发送的信号强弱进行识别定位，室内的复杂环境对信号衰减，从而定位精度降低。基于视觉定位是通过图像处理技术手段进行定位，其精度较高，但是技术复杂。射频识别定位(RFID)主要是通过射频读卡器读取电子标签上的信息，即ID号，每张电子标签都具有唯一的ID号，因此，只要获取到电子标签的ID号，就可以知道自身的位置，但其定位精度在20CM左右，使用时仍然会存在一些定位偏差。
另外，在移动机器人研究中，其主控模块作为机器人的大脑，成为了机器人的关键部分。随着机器人领域的不断发展，机器人在各行各业也得到了广泛的应用，而其作业任务也随着越来越复杂，一般的主控处理器远远不能满足能够存储整个作业环境的庞大的数据库和机器人复杂动作的控制算法运算能力。因此，需要通过别的方法处理数据库和运算能力等问题。
【实用新型内容】
为了解决上述问题，本实用新型的目的在于：提供一种室内机器人导航定位系统，本实用新型的导航定位系统具有导航定位精度高，运算和存储能力强，机器人的灵敏度高、可控性强的特点。
为达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：
一种室内机器人导航定位系统，包括上位机、定位模块、ZigBee无线通讯模块、机器人主控模块和行走移动模块；所述定位模块包括摄像模块和RFID射频收发模块；所述上位机包括MALAB图像处理模块、人机交互模块和路径规划模块；其中：
所述MALAB图像处理模块结合所述摄像模块、RFID射频收发模块以及人机交互模块输入的信息来定位室内障碍物、机器人和目标点，并输出连接于所述路径规划模块；所述路径规划模块通过ZigBee无线通讯模块与所述机器人主控模块连接；
所述RFID射频收发模块包括RFID读卡器和多个RFID标签，所述多个RFID标签作为定位参考点等距地铺满整个机器人运动平面；所述RFID读卡器受控于机器人主控模块并设置在机器人底部；所述RFID标签的输入连接于所述RFID读卡器，用于接收距离20cm内的RFID读卡器发来的射频信息，所述RFID标签的输出连接于RFID读卡器，用于将存储的位置信息反馈给所述RFID读卡器；所述RFID读卡器输出连接于所述机器人主控模块；
所述ZigBee无线通讯模块与所述机器人主控模块、所述路径规划模块的分别无线连接，用于在机器人主控模块与路径规划模块之间传递信息；
所述行走移动模块受控连接于所述机器人主控模块。
本实用新型中，优选地，ZigBee无线通讯模块是由CC2530组成的无线模块，包括1个CC2530终端节点和1个CC2530协调器。
本实用新型中，优选地，所述机器人主控模块的芯片采用STM32F103VCT6芯片。
本实用新型中，优选地，所述人机交互模块包括鼠标或液晶触摸显示屏。
本实用新型中，优选地，所述路径规划模块依据标准萤火虫算法规划机器人行走的最短路径。
本实用新型中，优选地，所述RFID读卡器包括第一RFID读卡器和第二RFID读卡器，所述第一RFID读卡器位于底部中心位置，所述第二RFID读卡器设置在机器人底部前端的中心位置；所述导航定位系统还包括位姿调整模块，所述位姿调整模块输入连接于所述MALAB图像处理模块，输出通过ZigBee无线通讯模块连接于所述机器人主控模块。
由于采用上述技术方案，本实用新型具有以下有益效果：
1、本实用新型通过摄像技术与RFID射频识别定位技术相结合，利用MALAB图像处理技术进行障碍地图构建，可以提高定位导航的精度。
2、本实用新型通过将机器人主控模块与上位机分开设置，通过ZigBee无线通讯技术实现上位机与机器人主控模块互相通讯从而传送信息和指令。上位机主要依据具有强大数学运算能力的MATLAB软件为平台而搭建，主要功能是进行地图数据存储、图像处理、路径的运算、以及生成指令传送给机器人主控模块等，具有强大的数据处理能力和人机交互控制界面，这样的设计容易构建信息数据库，节省了下位机的存储资源、提高了控制系统的运算能力并提高机器人的灵敏度，加强了机器人的可控性。
3、本实用新型还增加了机器人位姿调整的模块，应用于机器人到达一个目标点，需要调整方向指向下一个目标点的时候，通过在机器人不同部位设置两个RFID读卡器，应用角度调整的方法来调整机器人的位姿，具有简单可行，能提高机器人整体高航的精确度。
【附图说明】
图1为本实用新型室内机器人导航定位系统的结构框图；
图2为本实用新型室内机器人导航定位系统的另一种结构框图。
【具体实施方式】
为了更清楚地表达本实用新型，以下通过具体实施方式并结合附图对本实用新型作进一步说明。
如图1所示，为本实用新型室内机器人导航定位系统的结构框图，该导航定位系统主要由上位机、定位模块、ZigBee无线通讯模块、机器人主控模块和行走移动模块这几大模块共同组成。其中，上位机包括MALAB图像处理模块、人机交互模块和路径规划模块；上位机主要依据具有强大数学运算能力的MATLAB软件为平台而搭建，主要功能是进行地图数据存储、图像处理、路径的运算、以及生成指令传送给机器人主控模块等，具有强大的数据处理能力和人机交互控制界面，这样的设计容易构建信息数据库，节省了下位机的存储资源、提高了控制系统的运算能力并提高机器人的灵敏度，加强了机器人的可控性。
具体地，定位模块包括摄像模块和RFID射频收发模块。RFID射频收发模块包括RFID读卡器和多个RFID标签，所述多个RFID标签作为定位参考点等距地铺满整个机器人运动平面；RFID读卡器受控于机器人主控模块并设置在机器人底部；RFID标签的输入连接于RFID读卡器，用于接收距离20cm内的RFID读卡器发来的射频信息，RFID标签的输出连接于RFID读卡器，用于将存储的位置信息反馈给所述RFID读卡器；RFID读卡器输出连接于所述机器人主控模块，机器人主控模块再将图像信息通过ZigBee无线通讯模块传送给MALAB图像处理模块。
该导航定位系统中，MALAB图像处理模块接收并结合摄像模块、RFID射频收发模块以及人机交互模块输入的信息来构建障碍物地图，从而定位室内障碍物、机器人和目标点。优选地，构建的方法可以参考以下步骤来进行：
(1)摄像头安装于室内天花板的中间部位，如果室内空间较大，可以通过设置多个摄像头减少误差；
(2)地板事先铺满好RFID卡并放置障碍物；
(3)上位机主体为PC机，PC机和摄像头连接共同的wifi，PC机通过wifi获取摄像头的属性，控制摄像头；
(4)利用MATLAB中的函数连接摄像头，并拍摄室内RFID地板上的机器人作业环境地图，存为DITU.JPG格式；
(5)将拍摄到的机器人地图经过DITU＝imread('H:\a1.jpg')图像处理，获取图像的信息。
(6)通过调用MATLAB函数imshow(DITU)，此时图像就在MATLAB里显示出来。
(7)通过MATLAB调用人际交互模块，如鼠标或液晶触摸显示屏的功能，获取作业环境中障碍物、始点、目标点、棱角等坐标信息。
MALAB图像处理模块输出连接于所述路径规划模块，向路径规划模块传送障碍物、始点、目标点、棱角等坐标信息。路径规划模块具有路径运算能力，本实用新型优选依据标准萤火虫算法规划机器人行走的最短路径，也可以采用经典的人工鱼群算法或dijkstra算法。路径规划模块通过ZigBee无线通讯模块与机器人主控模块连接，从而将运算得到的最短路径指令传输给机器人主控模块，行走移动模块受控连接于所述机器人主控模块，从而依据指令按预设路径行走至目标点。
具体地，ZigBee无线通讯模块是由CC2530组成的无线模块，它具有集成化程度高、外设接口丰富等优点，由1个CC2530终端节点和1个CC2530协调器构成无线网络；机器人主控模块的芯片采用STM32F103VCT6芯片。数据传输时，协调器通过判断是否接收到终端发来的信息和上位机PC通过串口发送过来的指令，当上位机PC发送指令给协调器时，则马上触发中断，把指令通过广播方式发送给机器人主控模块。当终端发送信息给协调器时，协调器则将信息通过串口发送给上位机。
采用上述的导航定位系统进行定位，定位具体步骤如下：
(1)打开设备，各模块正常运行；
(2)所述RFID读写器发射射频信息、接收所述机器人周围的RFID标签的反馈信息并由机器人主控模块和ZigBee无线通讯模块传递给MALAB图像处理模块；所述摄像模块拍摄室内情况图片并通过无线网络发送给MALAB图像处理模块；
(3)MALAB图像处理模块结合接收到的图片和RFID标签的信息进行图像处理，并通过调用人机交互模块来获得室内环境中的障碍物、机器人始点、目标终点的信息并将这些信息发送给所述路径规划模块；
(4)路径规划模块依据内部的算法规划出机器人行走的最短路径，并经ZigBee无线通讯模块发送给所述机器人主控模块；
(5)机器人主控模块控制移动行走模块按照指定的最短路径使机器人行走至目标终点。
本实用新型的申请人在设计中发现，当机器人到达每个目标点时，需要调整指向下一个目标点的方向。在实际中，机器人无法判别自身的方向位置，通常靠一些传感器来为机器人指引方向，比如指南针、电子罗盘、超声波等传感器，但是这些传感器收到多方面的因素影响，且都需要在实验前对场地进行测量，工程量比较大。因此，实用新型提出了另一种辅助的定位方法，即双定位算法调整机器人方向，根据此算法，随时调整机器人的位姿。
如图2所示，其硬件方面的改进在于，在机器人底部设置两个RFID读卡器，即增加第二RFID读卡器，第一RFID读卡器仍然位于机器人底部中心位置，将第二RFID读卡器设置在机器人底部前端的中心位置，且均受控于机器人主控模块；在导航定位系统中增加位姿调整模块，所述位姿调整模块输入连接于所述MALAB图像处理模块，输出通过ZigBee无线通讯模块连接于机器人主控模块。
为了进一步阐明对机器人进行位姿调整的原理，现对其实现机器人的位姿调整的步骤作如下说明：
步骤1，在机器人活动的室内地板上以(0，0)为坐标原点，建立直角坐标系；
步骤2，第一RFID读卡器和第二RFID读卡器分别将RFID标签反馈的坐标位置发送给所述机器人主控模块，并通过ZigBee无线通讯模块传送给MALAB图像处理模块，MALAB图像处理模块经处理后将机器人的坐标位置以及目标点位置发送给位姿调整模块，机器人中心位置的坐标记为(X1,Y1)，机器人底部前端的中心位置的坐标记为(X2,Y2)，目标点坐标记为(Xm,Ym)；
步骤3，位姿调整模块根据直角三角形几何模型计算机器人中心位置与目标点位置的矢量角度Angle1，使用的公式为：
并根据直角三角形几何模型计算机器人中心位置与机器人底部前端的中心位置的矢量角度Angle2，该角度为机器人现时的运动轨迹方向，使用的公式为：
步骤4，比较Angle1与Angle2的大小，当Angle1与Angle2不相等时，求出机器人所需要偏转的角度差ΔAngle，使用的公式为ΔAngle＝Angle1-Angle2；
步骤5：位姿调整模块发送指令给机器人主控模块，机器人主控模块控制行走移动模块使机器人旋转角度ΔAngle，从而实现机器人的位姿调整。
因此增加了上述位姿调整的功能之后，本实用新型进行室内机器人定位的方法还增加了位姿调整的步骤，即在机器人行走过程中或者需要走向下一个目标时，调用所述位姿调整模块进行位姿调整的步骤。
上述说明是针对本实用新型较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本实用新型的专利申请范围，凡本实用新型所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本实用新型所涵盖专利范围。
Claims (6)
1.一种室内机器人导航定位系统，其特征在于：包括上位机、定位模块、ZigBee无线通讯模块、机器人主控模块和行走移动模块；所述定位模块包括摄像模块和RFID射频收发模块；所述上位机包括MALAB图像处理模块、人机交互模块和路径规划模块；其中：
所述MALAB图像处理模块结合所述摄像模块、RFID射频收发模块以及人机交互模块输入的信息来定位室内障碍物、机器人和目标点，并输出连接于所述路径规划模块；所述路径规划模块通过ZigBee无线通讯模块与所述机器人主控模块连接；
所述RFID射频收发模块包括RFID读卡器和多个RFID标签，所述多个RFID标签作为定位参考点等距地铺满整个机器人运动平面；所述RFID读卡器受控于机器人主控模块并设置在机器人底部；所述RFID标签的输入连接于所述RFID读卡器，用于接收距离20cm内的RFID读卡器发来的射频信息，所述RFID标签的输出连接于RFID读卡器，用于将存储的位置信息反馈给所述RFID读卡器；所述RFID读卡器输出连接于所述机器人主控模块；
所述ZigBee无线通讯模块与所述机器人主控模块、所述路径规划模块的分别无线连接，用于在机器人主控模块与路径规划模块之间传递信息；
所述行走移动模块受控连接于所述机器人主控模块。
2.根据权利要求1所述的室内机器人导航定位系统，其特征在于：所述ZigBee无线通讯模块是由CC2530组成的无线模块，包括1个CC2530终端节点和1个CC2530协调器。
3.根据权利要求1所述的室内机器人导航定位系统，其特征在于：所述机器人主控模块的芯片采用STM32F103VCT6芯片。
4.根据权利要求1所述的室内机器人导航定位系统，其特征在于：所述人机交互模块包括鼠标或液晶触摸显示屏。
5.根据权利要求1所述的室内机器人导航定位系统，其特征在于：所述路径规划模块依据标准萤火虫算法规划机器人行走的最短路径。
6.根据权利要求1所述的室内机器人导航定位系统，其特征在于：所述RFID读卡器包括第一RFID读卡器和第二RFID读卡器，所述第一RFID读卡器位于机器人底部中心位置，所述第二RFID读卡器设置在机器人底部前端的中心位置；所述导航定位系统还包括位姿调整模块，所述位姿调整模块输入连接于所述MALAB图像处理模块，输出通过ZigBee无线通讯模块连接于所述机器人主控模块。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201621317494.7U CN206209407U (zh) | 2016-12-03 | 2016-12-03 | 一种室内机器人导航定位系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201621317494.7U CN206209407U (zh) | 2016-12-03 | 2016-12-03 | 一种室内机器人导航定位系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN206209407U true CN206209407U (zh) | 2017-05-31 |
Family
ID=58751312
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201621317494.7U Expired - Fee Related CN206209407U (zh) | 2016-12-03 | 2016-12-03 | 一种室内机器人导航定位系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN206209407U (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107817797A (zh) * | 2017-10-27 | 2018-03-20 | 安徽工程大学 | 一种送菜机器人的室内定位方法 |
| CN107883941A (zh) * | 2017-10-31 | 2018-04-06 | 西安科锐盛创新科技有限公司 | 扫地机器人智能导航系统 |
| CN108240812A (zh) * | 2017-12-31 | 2018-07-03 | 芜湖哈特机器人产业技术研究院有限公司 | 一种基于被动定位的导航传感器系统 |
| CN108803683A (zh) * | 2018-05-18 | 2018-11-13 | 南京邮电大学 | 基于ZigBee无线传感网络的多摄像头追踪拍摄系统和方法 |
| CN114510044A (zh) * | 2022-01-25 | 2022-05-17 | 北京圣威特科技有限公司 | Agv导航船导航方法、装置、电子设备及存储介质 |
-
2016
- 2016-12-03 CN CN201621317494.7U patent/CN206209407U/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107817797A (zh) * | 2017-10-27 | 2018-03-20 | 安徽工程大学 | 一种送菜机器人的室内定位方法 |
| CN107883941A (zh) * | 2017-10-31 | 2018-04-06 | 西安科锐盛创新科技有限公司 | 扫地机器人智能导航系统 |
| CN108240812A (zh) * | 2017-12-31 | 2018-07-03 | 芜湖哈特机器人产业技术研究院有限公司 | 一种基于被动定位的导航传感器系统 |
| CN108803683A (zh) * | 2018-05-18 | 2018-11-13 | 南京邮电大学 | 基于ZigBee无线传感网络的多摄像头追踪拍摄系统和方法 |
| CN108803683B (zh) * | 2018-05-18 | 2021-09-10 | 南京邮电大学 | 基于ZigBee无线传感网络的多摄像头追踪拍摄系统和方法 |
| CN114510044A (zh) * | 2022-01-25 | 2022-05-17 | 北京圣威特科技有限公司 | Agv导航船导航方法、装置、电子设备及存储介质 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN206209407U (zh) | 一种室内机器人导航定位系统 | |
| CN106371446A (zh) | 一种室内机器人导航定位系统 | |
| CN110446159B (zh) | 一种室内无人机精确定位与自主导航的系统及方法 | |
| CN110967011B (zh) | 一种定位方法、装置、设备及存储介质 | |
| CN104854428B (zh) | 传感器融合 | |
| CN104808675B (zh) | 基于智能终端的体感飞行操控系统及终端设备 | |
| US10169880B2 (en) | Information processing apparatus, information processing method, and program | |
| US20190240839A1 (en) | Robot and operation method therefor | |
| CN207115193U (zh) | 一种用于处理任务区域的任务的移动电子设备 | |
| CN105143907A (zh) | 定位系统和方法 | |
| US20210103290A1 (en) | System and Method for Probabilistic Multi-Robot SLAM | |
| US20230113061A1 (en) | System and method for rf based robot localization | |
| KR20200020295A (ko) | 로봇과 인터랙션하는 증강현실 서비스 제공 장치 및 방법 | |
| CN109618131B (zh) | 一种用于呈现决策辅助信息的方法与设备 | |
| Wang et al. | A survey of 17 indoor travel assistance systems for blind and visually impaired people | |
| CN112528699B (zh) | 用于获得场景中的设备或其用户的标识信息的方法和系统 | |
| EP3678822A1 (en) | System and method for estimating pose of robot, robot, and storage medium | |
| CN107783551A (zh) | 控制无人机跟随的方法及装置 | |
| KR102169512B1 (ko) | Uav 및 rfid를 이용한 위치정보 추정 시스템 및 방법 | |
| CN111538009A (zh) | 雷达点的标记方法和装置 | |
| Strecker et al. | MR Object Identification and Interaction: Fusing Object Situation Information from Heterogeneous Sources | |
| KR102251076B1 (ko) | 실내 이미지를 사용하여 설계도면을 추정하는 방법 | |
| CN115249318A (zh) | 交互方法、装置、存储介质及程序产品 | |
| CN113259652A (zh) | 提供增强现实显示的方法和系统 | |
| CN208399993U (zh) | 一种机场行李自主运输机器人 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170531 Termination date: 20191203 |