CN208705473U - 一种物联网机器人及仓库货物定位系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种物联网机器人及仓库货物定位系统，物联网机器人，包括，用于向外发射第一频率信号的激活器；用于计算第二频率信号的信号到达角度值的相控阵天线；以及，用于接收及处理第二频率信号的信号接收及处理模块；第二频率信号中包含第一频率信号的RSSI值以及第二频率信号的RSSI值，所述信号接收及处理模块根据第二频率信号及信号到达角度值计算出货架上的目标物所处的高度。本实用新型方案可以有效解决仓库货物所处货架上的具体高度的定位问题。

Description

一种物联网机器人及仓库货物定位系统

技术领域

本实用新型涉及短距离无线通信和物联网机器人技术领域，具体涉及一种物联网机器人、仓库货物定位系统及定位方法。

背景技术

在传统仓库管理模式中,由人工在成千上万的货品中挑选出所需零部件送给中控台的方式费时、费力，显然已不符合信息化、现代化的发展要求。目前越来越多的仓库引入机器人进行管理，如通过WIFI接入可以查看机器人的实时位置和运行轨迹，但资产的实时位置还是需要人工去盘点。近几年也陆续出现应用ZigBee或WIFI技术的资产实时盘点管理系统，但是也是无法做到资产具体是在货架的哪一层。至于市面上通过摄像头加条码识别资产位置的机器人，一个是造价不菲，另外一个问题就是由于货架和机器人大小不匹配，无法做到不同资产的通用。

在货物存入仓库时，一般无法及时清点和安排，对于仓库合理利用不高效，后期货物的清点和较麻烦，效率低下。

实用新型内容

本实用新型涉及一种物联网机器人、仓库货物定位系统及定位方法，能够将仓库的货架上的目标物定位到所处货架的具体的哪一层，便于仓库货物的资产管理。

需要说明的是，本实用新型中术语解释，RSSI：Received Signal StrengthIndication的缩写，信号强度指示，无线发送层的可选部分，用来判定链接质量，以及是否增大广播发送强度。通过接收到的信号强弱测定信号点与接收点的距离，进而根据相应数据进行定位计算的一种定位技术。SOC：System on Chip的缩写，称为系统级芯片，也有称片上系统,意指它是一个产品，是一个有专用目标的集成电路，其中包含完整系统并有嵌入软件的全部内容。iBeacon：是一项低耗能蓝牙技术，工作原理类似之前的蓝牙技术，由Beacon发射信号，蓝牙设备定位接受，反馈信号。当用户进入、退出或者在区域内徘徊时，Beacon的广播有能力进行传播，可计算用户和Beacon的距离（可通过RSSI计算），由此可知，只要有三个iBeacon设备即可定位。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种物联网机器人，包括，

用于向外发射第一频率信号的激活器；

用于计算第二频率信号的信号到达角度值的相控阵天线；以及，

用于接收及处理第二频率信号的信号接收及处理模块；

第二频率信号中包含第一频率信号的RSSI值以及第二频率信号的RSSI值，所述信号接收及处理模块根据第二频率信号及信号到达角度值计算出货架上的目标物所处的高度。

通过采用上述技术方案，激活器向外发射第一频率信号，以激活安装于目标物上的电子标签，电子标签被激活后，保存第一频率信号的RSSI值（信号强度指示值），并将第一频率信号的RSSI值通过第二频率信号向物联网机器人发射，物联网机器人上的相控阵天线计算出第二频率信号的信号到达角度值，物联网机器人上的信号接收及处理模块根据其所接收到的第一频率信号的RSSI值计算出目标物与机器人的距离，第二频率信号的RSSI值可用于辅助计算目标物与机器人之间的距离，根据目标物与机器人的距离、信号到达角度值，利用正弦定理即可得出目标物所处的高度，即可得出目标物处于货架上的具体哪一层。

且采用上述技术方案，能在货物存入仓库时，只需打上电子标签，即可快速地根据货物的大小、形状等来进行货架的安排，便于高效地存储货物，高效地利进行仓储管理，且打上电子标签的物品也方便后期盘点。

作为本实用新型的进一步改进，所述激活器为125KHz激活器，第一频率信号为125KHz信号。通过采用上述技术方案，激活器发射的125KHz的第一频率信号的边缘性好，可用于精确定位。

作为本实用新型的进一步改进，125KHz激活器采用全向天线，第一频率信号是以物联网机器人为中心的信号，距离可调，支持RSSI检测，步进精度10cm。通过采用上述技术方案，第一频率信号为球状的全方位信号，信号范围可调，步进精度10cm，可相对精准地对目标物的电子标签进行激活和定位。

作为本实用新型的进一步改进，相控阵天线为2.4GHz相控阵天线，包括移相器和天线辐射单元。通过采用上述技术方案，相控阵天线可对第二频率信号波速控制，对此第二频率信号，即2.4GHz信号的到达角度值进行测量。移相器分连续式移相器和数字式移相器两种。连续式移相器的移相值可在0°～360°范围内连续变化，数字式移相器的移相值是离散的，只能是360×(1/2)^n的整数倍，式中n是数字式移相器的位数。例如3位数字式移相器的移相值只能是 45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°和360°。本方案中采用连续式移相器，移相器应保证在一定的频率范围内获得所需要的移相值，同时还需要满足一定的耐功率和温度稳定性等要求，以保证相控阵天线能在不同频率上和在变化的环境条件下正常工作。

天线辐射单元的设计应使一定移相范围内（或波束扫描范围内）和一定频率范围内的输入阻抗的变化尽可能小，以保证发射机正常工作，防止由于射频信号的多次反射而出现寄生副瓣和方向图中出现凹点（盲点）的现象。为此，可采用互耦小的单元或采取专门的去耦措施。

作为本实用新型的进一步改进，信号接收及处理模块为2.4GHz模块。通过采用上述技术方案，2.4G是一种无线技术，由于其频段处于2.400GHz~2.4835GHz之间，所以简称2.4G无线技术，2.4G模块是采用2.4G无线技术的一种模块，本实用新型采用2.4G模块进行信号的接收及处理，能高效地计算出目的物所处的高度。

作为本实用新型的进一步改进，2.4GHz模块采用SOC芯片NRF52840，2.4Ghz模块支持双协议，即支持蓝牙5.0和私有协议，空口最大速率2Mbps。通过采用上述技术方案，2.4G模块的具体技术特征可便于通信及定位，有利于对目的物位置的高效精准测量。

作为本实用新型的进一步改进，物联网机器人上还安装有用于测量物联网机器人与货架之间距离的超声波模块。通过采用上述技术方案，超声波模块可用于测量机器人与货架之间的距离，以供物联网机器人躲避障碍。

仓库货物定位系统，包括上述任一项所述的物联网机器人；

安装于货架的目标物上的电子标签；以及，

布置于仓库内的多个2.4GHz信标；

所述电子标签受激活器发射的第一频率信号激活，激活后的电子标签向物联网机器人发送第二频率信号；多个2.4GHz信标用于物联网机器人的定位导航。通过采用上述技术方案，仓库货物定位系统的设置，有利于对货架上的目标物进行高度定位，同时，基于2.4GHz信标和超声波模块的作用，机器人可在仓库内的货架间自由移动，可更高效快捷地完成目标货物的定位，具体地，信标收发工作频率2.4GHz，多个2.4GHz信标可完成对机器人的定位和导航，超声波模块可用于机器人障碍规避。在货物存入仓库时，因在货物上装好了电子标签，无需考虑后期盘点事宜，即可快速地根据货物的大小、形状等来进行货架的安排，便于高效地存储货物，高效地利进行仓储管理，且打上电子标签的物品也方便后期盘点，不致于出错。

作为本实用新型的进一步改进，第二频率信号为2.4GHz信号。通过采用上述技术方案，2.4GHz信号直线传输性好，多径效应小，通信速率高。

作为本实用新型的进一步改进，所述电子标签为（125KHz+2.4GHz）双频电子标签。通过采用上述技术方案，电子标签采用双频电子标签，（125KHz+2.4GHz）电子标签是利用125KHZ和2.4GHZ两个频段的优点，前者边沿性好，定位精确；后者直线传输性好，多径效应小，通信速率高。（这些特征是433MHz的电子标签均不具备的）。

作为本实用新型的进一步改进，2.4GHz模块中的双协议包括蓝牙协议和私有协议，蓝牙协议用于与安装在仓库内的2.4Ghz信标进行iBeacon导航定位，私有协议用于配合目标物上的（125Khz+2.4Ghz）电子标签进行通信。通过上述技术方案，机器人可在仓库内进行自由移动并与感测电子标签所处高度位置。

一种用于仓库货物定位系统的定位方法，包括如下步骤：

A．通过安装于物联网机器人上的激活器不断地发射第一频率信号，激活货架的目标物上的电子标签；

B．电子标签接收并保存第一频率信号的RSSI值，然后向物联网机器人发送第二频率信号；

C．物联网机器人的相控阵天线测得第二频率信号的信号到达角度值，并反馈给物联网机器人信号接收及处理模块；物联网机器人的信号接收及处理模块接收第二频率信号，根据第二频率信号中的第一频率信号的RSSI值、第二频率信号的RSSI值以及信号到达角度值计算出目标物所处的高度，得出目标物所处的货架的层数。通过采用上述技术方案，货物定位方法巧妙高效，能精准地测出目标货物处于货架的具体层数，便于仓库货物的盘点和清理，提高工作效率。

相较于现有技术，本实用新型机器人可以通过安装在仓库内的2.4GHz信标和自身携带的超声波模块，实现在仓库自由移动。并且可以通过安装在自身的125KHz激活器和2.4GHz模块以及2.4GHz相控阵天线实现自动实时盘点货架上目标资产位置，并且能具体到哪一层货架。

为让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例提供的物联网机器人的原理示意图；

图2为本实用新型一个实施例提供的物联网机器人的整体结构示意图；

图3为本实用新型一个实施例提供的物联网机器人的导航示意图；

图4为本实用新型一个实施例提供的目标物品位置层定位示意图；

图5为本实用新型一个实施例提供的目标物高度计算公式原理图；

图中：1-2.4GHz相控阵天线、2-125KHz激活器、3-2.4GHz模块、4-超声波模块、5-2.4GHz信标、6-货架、7-电子标签、8-2.4GHz波束、9-125KHz信号、10-超声波信号。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为实现预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下扣合附图及较佳实施例，对依据本实用新型的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例1

本实用新型的具体实施例如图2所示是一种物联网机器人的结构示意图，其包括125KHz激活器2、2.4GHz模块3、2.4GHz相控阵天线1和超声波模块4，主要有以下几个特点：

125KHz激活器2采用全向天线，信号是以机器人为中心，半径为5米的圆形，距离可调，步进精度10cm，支持RSSI检测；2.4GHz模块3采用高集成度SOC芯片NRF52840，支持蓝牙5.0，空口最大速率2Mbps；2.4GHz模块3支持双协议，即蓝牙5.0和私有协议，其中蓝牙5.0用于与安装在仓库内的2.4GHz信标5进行ibeacon导航定位；私有协议配合安装在目标资产上的（125KHz+2.4GHz）电子标签7进行资产盘点和通信；2.4GHz相控阵天线1包括移相器和天线辐射单元，移相器采用连续式移相器，天线辐射单元一共包括7个，并且采用互耦小的单元。

本实用新型的具体实施例如图3所示是一种物联网机器人的导航示意图。

主要有以下几个特点：

物联网机器人，2.4GHz信标采用蓝牙5.0 ibeacon定位协议与物联网机器人的2.4GHz模块进行通信，通过布置多个2.4GHz信标5实现物联网机器人的实时定位和导航；超声波模块发送的超声波信号10可进行其与障碍物或货架的距离判断，实现机器人在仓库自由移动。

本实用新型的具体实施例如图4是仓库货物定位系统的定位方法示意图。货架上资产位置层定位的大致流程是，如图1及图4所示：当物联网机器人移动到距离多层货架5米以内时，机器人上的125KHz激活器发射的125KHz信号9覆盖到货架上安装在资产上的（125KHz+2.4GHz）电子标签7，（125KHz+2.4GHz）电子标签7接收并保存125KHz RSSI值，然后发送2.4GHz信号到机器人的2.4GHz模块，此2.4GHz信号带有传输及定位功能，具体的，2.4GHz信号中，带有125KHz RSSI值，和2.4GHz RSSI值，同时，此2.4GHz信号传送给相控阵天线，2.4GHz相控阵天线控制2.4GHz波束8，测得2.4GHz信号到达角度值，然后将2.4GHz信号到达角度值发送到2.4GHz模块。利用相控阵天线测信号到达角度值为现有技术，不再赘述。2.4GHz模块根据接收到的125KHz RSSI值、2.4GHz RSSI值和2.4GHz信号到达角度值，计算出（125KHz+2.4GHz）电子标签具体是在货架6的哪一层，即目标资产的实时位置。

详细地，通过各频率信号的RSSI值可以反应出（125KHz+2.4GHz）电子标签与机器人的相对距离，125KHz RSSI值所能反应出的距离精度为±0.3m；2.4GHZ RSSI值能反应出的距离精度为±1-3m，因此，2.4GHz RSSI值作为辅助，可辅助用于计算机器人与电子标签的距离，结合上述两个RSSI值计算出机器人与电子标签的距离S；2.4G信号的信号到达角度是一个几何角，相控阵天线测出（125KHz+2.4GHz）电子标签发射的2.4GHZ信号达到相控阵天线的角度A，运用三角形余弦（正弦）定理计算，可以判断（125KHz+2.4GHz）电子标签所处的几何高度H，从而定位出电子标签所处货架的第几层。请参阅图5，具体地计算原理的公式为:H=S*SinA。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本实用新型，任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种物联网机器人，其特征在于，包括，

用于向外发射第一频率信号的激活器；

用于计算第二频率信号的信号到达角度值的相控阵天线；以及，

用于接收及处理第二频率信号的信号接收及处理模块；

第二频率信号中包含第一频率信号的RSSI值以及第二频率信号的RSSI值，所述信号接收及处理模块根据第二频率信号及信号到达角度值计算出货架上的目标物所处的高度。

2.如权利要求1所述的物联网机器人，其特征在于，相控阵天线为2.4GHz相控阵天线（1）。

3.如权利要求1所述的物联网机器人，其特征在于，信号接收及处理模块为2.4GHz模块（3）。

4.如权利要求1所述的物联网机器人，其特征在于，所述激活器为125KHz激活器（2），第一频率信号为125KHz信号。

5.如权利要求1或2或3或4所述的物联网机器人，其特征在于，物联网机器人上还安装有用于测量物联网机器人与货架之间距离的超声波模块（4）。

6.仓库货物定位系统，其特征在于，包括权利要求1-5任一项所述的物联网机器人；以及，

安装于货架的目标物上的电子标签（7）；

所述电子标签受激活器发射的第一频率信号激活，激活后的电子标签向物联网机器人发送携带第一频率信号RSSI值以及第二频率信号RSSI值的第二频率信号。

7.如权利要求6所述的仓库货物定位系统，其特征在于，还包括布置于仓库内的多个用于物联网机器人定位导航的2.4GHz信标（5）。

8.如权利要求6所述的仓库货物定位系统，其特征在于，所述电子标签（7）为（125KHz+2.4GHz）双频电子标签。

9.如权利要求6所述的仓库货物定位系统，其特征在于，第二频率信号为2.4GHz信号。

10.如权利要求7或8或9所述的仓库货物定位系统，其特征在于，2.4GHz模块中的双协议包括蓝牙协议和私有协议，蓝牙协议用于与安装在仓库内的2.4Ghz信标进行iBeacon导航定位，私有协议用于配合目标物上的（125Khz+2.4Ghz）电子标签进行通信。