CN209063105U - 一种基于uwb定位的室内服务机器人系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于UWB定位的室内服务机器人系统。该系统包括服务机器人、UWB定位装置和上位机，服务机器人包括控制器、电子罗盘传感器、电机驱动装置和第一蓝牙模块，电子罗盘传感器、第一蓝牙模块与控制器的输入端相连接，电机驱动装置与控制器的输出端连接，上位机用于输入目标信息值，上位机包括第二蓝牙模块，控制器与上位机之间通过蓝牙无线技术进行通讯，UWB定位装置用于定位机器人的位置，UWB定位装置包括UWB基站和UWB定位标签，UWB基站和UWB定位标签之间基于UWB进行传输，UWB定位标签贴在机器人外部，UWB定位标签与控制器的输入端相连接，UWB基站安装在室内固定位置。本实用新型提供的基于UWB定位的室内服务机器人系统，能够实现机器人的定位。

Description

一种基于UWB定位的室内服务机器人系统

技术领域

本实用新型涉及智能控制技术领域，特别是涉及一种基于UWB定位的室内服务机器人系统。

背景技术

随着室内定位商业模式的初步浮现，以及主流芯片厂商、操作系统厂商、应用开发商、商业场馆等在产业链各个环节上的大力推动，室内定位有望在消费领域快速普及，行业迎来爆发点。

然而，在很长一段时间内，室内定位在应用层面的认可度不高，主要原因包括：室内定位精度一度与部署成本不成正比，无法满足消费者的刚性需求。所以导致场馆内的室内定位一直未能形成气候，

随着科技和社会发展，自主跟随机器人越来越受到关注，目前，自主跟随机器人的技术难点之一就是定位，定位是机器人完成诸如路径规划、自主导航等复杂任务的前提，是机器人领域的研究热点，现有定位技术有GPS、蓝牙技术、红外线技术、RFID技术、无线局域网络、超声波定位等；其中， GPS是目前应用最广泛的室外定位技术，其优势是卫星有效覆盖范围大，且定位导航信号免费，但GPS接收机在室内工作时，信号受建筑物的影响而大大衰减，定位精度较低，所以不适用于室内定位；蓝牙、RFID定位技术虽然受环境干扰较小，但作用距离短，通信能力不强，不便于整合到其它系统中；红外线技术功耗较大，且常常受到室内墙体或物体的阻隔，实用性较差；无线局域网络成本较低，但无论是用于室内还是室外定位，WiFi收发器都只能覆盖较小范围，而且易受环境中其它信号的干扰，从而降低了精度，定位器能耗也较高；超声波定位精度可达厘米级，精度比较高，但超声波在传输过程中衰减明显，从而影响其定位有效范围，且成本较高。

发明内容

本实用新型提供一种基于UWB定位的室内服务机器人系统，既能够实现机器人的定位，又具有结构简单，稳定性高，成本低，定位精度高的优点。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

一种基于UWB定位的室内服务机器人系统，包括服务机器人、UWB 定位装置和上位机，所述服务机器人包括控制器、电子罗盘传感器、电机驱动装置和第一蓝牙模块，所述电子罗盘传感器、所述第一蓝牙模块与所述控制器的输入端相连接，所述电机驱动装置与所述控制器的输出端相连接，所述上位机用于输入目标信息值，所述上位机包括第二蓝牙模块，所述控制器与所述上位机之间通过蓝牙无线技术进行通讯，所述UWB定位装置用于定位所述服务机器人的位置信息，所述UWB定位装置包括UWB基站和UWB 定位标签，所述UWB基站和UWB定位标签之间基于UWB进行数据传输，所述UWB定位标签贴在所述服务机器人的外部，所述UWB定位标签与所述控制器的输入端相连接，所述UWB基站安装在室内固定位置上。

可选的，所述UWB基站至少有两个，所述UWB基站均设置在处于同一水平面上的室内墙壁上。

可选的，所述室内服务机器人还包括超声波测距模块和报警模块，所述超声波测距模块与所述控制器的输入端相连接，所述报警模块与所述控制器的输出端相连接。

可选的，所述电机驱动装置包括电机控制器、左轮电机和右轮电机，所述电机控制器输入端与所述控制器的输出端相连接，所述左轮电机、所述右轮电机分别与所述电机控制器输出端相连接。

可选的，所述控制器为单片机。

可选的，所述单片机采用的型号为STM32F103。

可选的，所述电机驱动模块采用的型号为LT37GB90-3540。

可选的，所述电子罗盘传感器采用的型号为GY-26。

可选的，所述UWB定位标签采用的型号为DW1000。

可选的，所述超声波测距模块采用的型号为HC-SR04。

该技术与现有技术相比，具有如下有益效果：

本实用新型提供的一种基于UWB定位的室内服务机器人系统，所述的 UWB定位标签接收从UWB基站发来的UWB信号，UWB定位标签与UWB 基站时间同步，利用TOA算法获得基站与标签间的距离，然后通过几何运算获得标签的坐标，确定室内服务机器人的当前位置，并将位置信息传送至控制器中，电子罗盘传感器将读取到的机器人当前方位传送至控制器，所述上位机用于输入机器人的目标位置，并通过蓝牙技术传送至控制器中，控制器根据室内服务机器人的当前位置和机器人的当前方位与控制器中的目标位置进行比较，将控制信息传送至电机控制器，从而驱动左轮电机和右轮电机的运动路径，同时系统还包括超声波测距模块和报警模块，在上位机上输入警戒值，当超声波测距模块的测量值超过警戒值时，报警模块发出报警信号，用于完成避障功能。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例基于UWB定位的室内服务机器人系统结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提供一种基于UWB定位的室内服务机器人系统，既能够实现机器人的定位，又具有结构简单，稳定性高，成本低，定位精度高的优点。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本实用新型实施例基于UWB定位的室内服务机器人系统结构示意图，如图1所示，一种基于UWB定位的室内服务机器人系统，包括服务机器人、UWB定位装置和上位机8，所述服务机器人可以是送餐机器人、陪护机器人、景点导航机器人或银行机器人中的一种。所述服务机器人包括控制器11、电子罗盘传感器5、电机驱动装置和第一蓝牙模块10，电子罗盘传感器5是三轴磁场模块，所述电子罗盘传感器5、所述第一蓝牙模块10 与所述控制器11的输入端相连接，所述电机驱动装置与所述控制器11的输出端相连接，所述上位机8用于输入目标信息值，所述上位机8包括第二蓝牙模块9，所述控制器11与所述上位机8之间通过蓝牙无线技术进行通讯，所述UWB定位装置用于定位所述服务机器人的位置信息，所述UWB定位装置包括UWB基站1和UWB定位标签6，所述UWB基站1和UWB定位标签6之间基于UWB进行数据传输，所述UWB定位标签6贴在所述服务机器人的外部，所述UWB定位标签6与所述控制器11的输入端相连接，所述UWB基站1安装在室内固定位置上。所述UWB基站1至少有两个，所述UWB基站1均设置在处于同一水平面上的室内墙壁上。本实施例中包括三个UWB基站1，分别为UWB基站一2、UWB基站二3和UWB基站三 4，三个UWB基站1均安装在距离地面1.5-2.0米的室内墙壁上，所述电机驱动模块属于双驱动模块，可同时驱动两个电机转动，所述电机驱动装置包括电机控制器12、左轮电机14和右轮电机15，所述电机控制器12输入端与所述控制器11的输出端相连接，所述左轮电机14、所述右轮电机15分别与所述电机控制器12输出端相连接。所述电机驱动模块采用的型号为 LT37GB90-3540。所述电子罗盘传感器5采用的型号为GY-26，所述电子罗盘传感器5用于判断机器人的当前朝向。所述UWB定位标签6采用的型号为DW1000。所述超声波测距模块7采用的型号为HC-SR04。

所述上位机8还包括按键模块，按键模块用于输入目标信息值和警戒值，所述控制器11包括第一预设值和第二预设值，所述第一预设值用于存放目标信息值，所述第二预设值用于存放警戒值，所述目标信息值是目标的坐标值，是目标相对于UWB基站1的距离坐标，所述的UWB定位标签6接收从UWB基站1发来的UWB信号，UWB定位标签6与UWB基站1时间同步，利用TOA算法获得基站与标签间的距离，然后通过几何运算获得标签的坐标，标签的坐标是标签相对于UWB基站的距离坐标，确定室内服务机器人的当前位置，并将位置信息传送至控制器11中，与控制器11中的目标坐标值进行比较，同时考虑到当前机器人所处的朝向，然后对机器人的路径进行规划，进而控制机器人的运动方向，使机器人按照规划轨迹运行。

所述室内服务机器人还包括超声波测距模块7和报警模块13，所述超声波测距模块7与所述控制器11的输入端相连接，所述报警模块13与所述控制器11的输出端相连接，超声波测距模块7用于测量与障碍物之间的距离，超声波测距模块7将测量值传送至控制器11中，与控制器11中的第二预设值警戒值进行比较，当测量值大于等于警戒值时，控制器11控制报警模块 13发出报警信号，提醒遇到障碍物，提前完成避障。

所述控制器11为单片机，所述单片机采用的型号为STM32F103，具体连接时，电子罗盘传感器5、超声波测距模块7与单片机通过I2C总线进行连接。第一蓝牙模块10和第二蓝牙模块9采用的型号为BC417，第一蓝牙模块10与单片机通过串口总线进行连接，所述第二蓝牙模块9与上位机8 通过串口总线进行连接，UWB定位标签6与单片机之间也是通过串口总线进行连接。

本实用新型提供的一种基于UWB定位的室内服务机器人系统，所述的 UWB定位标签接收从UWB基站发来的UWB信号，UWB定位标签与UWB 基站时间同步，利用TOA算法获得基站与标签间的距离，然后通过几何运算获得标签的坐标，确定室内服务机器人的当前位置，并将位置信息传送至控制器中，电子罗盘传感器将读取到的机器人当前方位传送至控制器，所述上位机用于输入机器人的目标位置，并通过蓝牙技术传送至控制器中，控制器根据室内服务机器人的当前位置和机器人的当前方位与控制器中的目标位置进行比较，将控制信息传送至电机控制器，从而驱动左轮电机和右轮电机的运动路径，同时系统还包括超声波测距模块和报警模块，在上位机上输入警戒值，当超声波测距模块的测量值超过警戒值时，报警模块发出报警信号，用于完成避障功能。实际使用时，UWB定位标签对UWB基站发送的数据包经过解析，提取定位坐标，根据上位机中设定的目标信息值判断机器人是否到达目标点。有了这一信息，同时可以利用电子罗盘传感器，去找到一条最快捷的路径到达目标位置。其次，通过蓝牙模块，实现控制器与上位机之间的通信。上位机用于设定机器人行驶的目标点，同时可以实时显示小车在二维平面中的位置坐标，也可以显示小车的实时轨迹。除此之外，也可以通过上位机对机器人进行简单的控制。本实用新型提供一种基于UWB定位的室内服务机器人系统，既能够实现机器人的定位，又具有结构简单，稳定性高，成本低，定位精度高的优点。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.一种基于UWB定位的室内服务机器人系统，其特征在于，包括服务机器人、UWB定位装置和上位机，所述服务机器人包括控制器、电子罗盘传感器、电机驱动装置和第一蓝牙模块，所述电子罗盘传感器、所述第一蓝牙模块与所述控制器的输入端相连接，所述电机驱动装置与所述控制器的输出端相连接，所述上位机用于输入目标信息值，所述上位机包括第二蓝牙模块，所述控制器与所述上位机之间通过蓝牙无线技术进行通讯，所述UWB定位装置用于定位所述服务机器人的位置信息，所述UWB定位装置包括UWB基站和UWB定位标签，所述UWB基站和UWB定位标签之间基于UWB进行数据传输，所述UWB定位标签贴在所述服务机器人的外部，所述UWB定位标签与所述控制器的输入端相连接，所述UWB基站安装在室内固定位置上。

2.根据权利要求1所述的基于UWB定位的室内服务机器人系统，其特征在于，所述UWB基站至少有两个，所述UWB基站均设置在处于同一水平面上的室内墙壁上。

3.根据权利要求1所述的基于UWB定位的室内服务机器人系统，其特征在于，所述室内服务机器人还包括超声波测距模块和报警模块，所述超声波测距模块与所述控制器的输入端相连接，所述报警模块与所述控制器的输出端相连接。

4.根据权利要求1所述的基于UWB定位的室内服务机器人系统，其特征在于，所述电机驱动装置包括电机控制器、左轮电机和右轮电机，所述电机控制器输入端与所述控制器的输出端相连接，所述左轮电机、所述右轮电机分别与所述电机控制器输出端相连接。

5.根据权利要求1所述的基于UWB定位的室内服务机器人系统，其特征在于，所述控制器为单片机。

6.根据权利要求5所述的基于UWB定位的室内服务机器人系统，其特征在于，所述单片机采用的型号为STM32F103。

7.根据权利要求1所述的基于UWB定位的室内服务机器人系统，其特征在于，所述电机驱动模块采用的型号为LT37GB90-3540。

8.根据权利要求1所述的基于UWB定位的室内服务机器人系统，其特征在于，所述电子罗盘传感器采用的型号为GY-26。

9.根据权利要求1所述的基于UWB定位的室内服务机器人系统，其特征在于，所述的UWB定位标签采用的型号为DW1000。

10.根据权利要求3所述的基于UWB定位的室内服务机器人系统，其特征在于，所述超声波测距模块采用的型号为HC-SR04。