一種基于ZigBee和RFID的服務機器人定位系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種應用于服務機器人中的室內定位系統，特別是一種基于ZigBee和RFID的服務機器人定位系統。
【背景技術】
[0002] 服務機器人的定位是服務機器人路徑規劃研究的基礎，是服務機器人研究的關鍵 技術之一，是服務機器人在室內自由活動的前提。服務機器人定位問題，實際屬于室內定位 問題。針對室內定位問題，現有的方案多采用機器視覺定位、基于無線網絡定位或者航位推 算定位方法。
[0003] 基于機器視覺的室內定位多采用同時定位與地圖重建的方法。該室內定位方法具 有定位精度高的優點，但算法復雜，對服務機器人的計算能力、存儲能力、通信能力要求高。
[0004] 基于無線網絡室內定位方法主要分為兩類，一類是采用無線信號傳播模型，建立 距離與接收信號強度之間的模型，通過接收信號強度得服務機器人到某個已知節點之間的 距離，再通過多個（至少三個）距離來估計服務機器人的當前位置。另外一種方法是測量 已知位置接收到多個已知節點的信號強度，并將該已知位置和各接收信號強度的對應關系 以指紋庫的形式保存。在實時定位時，當接收到多個已知節點信號強度后，通過匹配算法在 指紋庫中進行匹配，得到該定位位置的估計。基于無線網絡的室內定位方法適合室內環境 簡單的情況。
[0005] 基于航位推算的室內定位方法一般作為輔助定位方式。當其他方式無法滿足定位 要求后，根據陀螺儀和加速度計數據對當前位置進行估計。該方法簡單，但精度無法保證， 且長時間估計時，存在誤差累積，使估計結果不準確。 【實用新型內容】
[0006] 本實用新型的目的是提供一種基于ZigBee和RFID的服務機器人定位系統，該系 統具有部署簡單，算法復雜度低，適合家庭和辦公室等較簡單環境。
[0007] 為實現上述目的，本實用新型采用的技術方案是：
[0008] -種基于ZigBee和RFID的服務機器人定位系統，包括若干位置已知的錨節點和 若干可移動的待定位的服務機器人，每個所述錨節點包括ZigBee信號發送節點或RFID標 簽，每個服務機器人包括用于接收ZigBee信號的ZigBee信號接收模塊和用于讀取RFID標 簽的RFID讀寫器，每個服務機器人通過至少3個ZigBee信號或通過1個RFID標簽定位自 身位置。
[0009] 優選的是：所述ZigBee信號接收模塊可同時接收至少三個ZigBee信號。
[0010] 優選的是：所述RFID標簽設置在室內地板磚內，且位于關鍵點位置。
[0011] 優選的是：所述所有ZigBee信號發送節點布置在室內天花板同一平面，并組成一 個信號強度可以覆蓋整個室內區域的網狀網絡。
[0012] 優選的是：所述ZigBee信號發送節點和所述ZigBee信號接收模塊均采用德州儀 器的CC2530芯片。
[0013] 優選的是：所述RIFD標簽米用超尚頻無源標簽。
[0014] 本實用新型采用上述結構后，服務機器人在室內移動到靠近某RFID位置標簽時， 服務機器人識別到該RFID位置標簽的位置信息，并將該位置信息作為服務機器人當前位 置，當服務機器人離開RFID位置標簽時，可通過部署在天花板上的ZigBee信號發送節點網 絡進行服務機器人定位，以獲得服務機器人得準確位置。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本實用新型的結構框圖。
[0016] 圖2為服務機器人室內定位系統定位原理示意圖。
[0017] 圖3為錨節點的布置示意圖。
[0018] 圖4為服務機器人接收ZigBee信號發送節點信號的示意圖。
【具體實施方式】
[0019] 下面結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步說明：
[0020] 一種基于ZigBee和RFID的服務機器人定位系統，包括若干位置已知的錨節點和 若干可移動的待定位的服務機器人，每個所述錨節點包括ZigBee信號發送節點或RFID標 簽，每個服務機器人包括用于接收ZigBee信號的ZigBee信號接收模塊和用于讀取RFID標 簽的RFID讀寫器，每個服務機器人通過至少3個ZigBee信號或通過1個RFID標簽定位自 身位置。
[0021] 優選的是：所述ZigBee信號接收模塊可同時接收至少三個ZigBee信號。
[0022] 優選的是：所述RFID標簽設置在室內地板磚內，且位于關鍵點位置。
[0023] 優選的是：所述所有ZigBee信號發送節點布置在室內天花板同一平面，并組成一 個信號強度可以覆蓋整個室內區域的網狀網絡。
[0024] 優選的是：所述ZigBee信號發送節點和所述ZigBee信號接收模塊均采用德州儀 器的CC2530芯片。
[0025] 優選的是：所述RIFD標簽采用超高頻無源標簽。
[0026] 實施例
[0027] 本實用新型的系統結構和定位原理分別如圖1和圖2所示，服務機器人在室內移 動到靠近某RFID位置標簽時，服務機器人通過RFID讀寫器識別到該RFID位置標簽的位 置信息，并將該位置信息作為服務機器人當前位置。當服務機器人離開RFID位置標簽時， 則部署在天花板上的ZigBee信號發送節點構成的網絡進行服務機器人定位，以準確獲得 服務機器人位置。RFID位置標簽和ZigBee信號發送節點網絡的布置如圖2所示，各RFID 位置標簽部署在室內地板磚內，且位于關鍵位置，如拐彎處、交叉位置、門口位置等，為保證 ZigBee信號發送節點網絡能對室內各個位置進行定位，所有ZigBee信號發送節點布置在 室內天花板同一平面，并組成一個信號強度可以覆蓋整個室內區域的網狀網絡。
[0028] 當服務機器人接收到ZigBee信號時，通過以無線電信號在空氣中傳播數學模型 為基礎的定位方法可計算出ZigBee信號發送節點與服務機器人之間的距離。該模型如式 1所示。
[0029]
[0030]PL(d)是距離發射信號d處接收信號的接收功率，單位為dB;n是指距離增加的路 徑損耗指數，即環境因子，通常取值范圍2~4 ;PL(d。）表示距離為d。時接收信號強度；ζ 是遮蔽因子，與傳播距離無關的隨機變量。在路徑損耗指數η和遮蔽因子已知時，通過對接 收功率的測量從而計算出錨節點與服務機器人之間的距離。由于ZigBee信號發送節點部 署在天花板上，且部署在環境較簡單的室內環境中，基于距離的定位方法可以較精確地對 服務機器人進行定位。服務機器人接收ZigBee信號發送節點信號如圖4所示，ZigBee信 號發送節點位于同一平面，服務機器人可接收到多個（至少三個）ZigBee信號發送節點信 號強度，再利用公式1所示的無線電信號傳播數學模型，估算出各錨節點到服務機器人實 際距離。最后根據ZigBee信號發送節點與服務機器人的空間關系，定位出服務機器人的具 體位置。
[0031] 以上結合附圖所描述的實施例僅是本實用新型的優選實施方式，而并非對本實用 新型的保護范圍的限定，任何基于本實用新型精神所做的改進都理應在本實用新型保護范 圍之內。
【主權項】
1. 一種基于ZigBee和RFID的服務機器人定位系統，其特征在于：包括若干位置已知 的錨節點和若干可移動的待定位的服務機器人，每個所述錨節點包括ZigBee信號發送節 點或RFID標簽，每個服務機器人包括用于接收ZigBee信號的ZigBee信號接收模塊和用于 讀取RFID標簽的RFID讀寫器，每個服務機器人通過至少3個ZigBee信號或通過1個RFID 標簽定位自身位置。2. 根據權利要求1所述的一種基于ZigBee和RFID的服務機器人定位系統，其特征在 于：所述ZigBee信號接收模塊可同時接收至少三個ZigBee信號。3. 根據權利要求2所述的一種基于ZigBee和RFID的服務機器人定位系統，其特征在 于：該定位系統用于室內，所述RFID標簽設置在室內地板磚內，且位于拐彎處、交叉位置、 門口位置。4. 根據權利要求3所述的一種基于ZigBee和RFID的服務機器人定位系統，其特征在 于：所述所有ZigBee信號發送節點布置在室內天花板同一平面，并組成一個信號強度可以 覆蓋整個室內區域的網狀網絡。5. 根據權利要求1所述的一種基于ZigBee和RFID的服務機器人定位系統，其特征在 于：所述ZigBee信號發送節點和所述ZigBee信號接收模塊均采用德州儀器的CC2530芯 片。6. 根據權利要求1所述的一種基于ZigBee和RFID的服務機器人定位系統，其特征在 于：所述RIFD標簽采用超高頻無源標簽。
【專利摘要】一種基于ZigBee和RFID的服務機器人定位系統，包括若干位置已知的錨節點和若干可移動的待定位的服務機器人，每個所述錨節點包括ZigBee信號發送節點或RFID標簽，每個服務機器人包括用于接收ZigBee信號的ZigBee信號接收模塊和用于讀取RFID標簽的RFID讀寫器，每個服務機器人通過至少3個ZigBee信號或通過1個RFID標簽定位自身位置。本實用新型采用上述結構后，服務機器人在室內移動到靠近某RFID位置標簽時，服務機器人識別到該RFID位置標簽的位置信息，并將該位置信息作為服務機器人當前位置，當服務機器人離開RFID位置標簽時，可通過部署在天花板上的ZigBee信號發送節點網絡進行服務機器人定位，以獲得服務機器人得準確位置。
【IPC分類】G01S13/82, G01S5/10, G06K17/00
【公開號】CN205067727
【申請號】CN201520877791
【發明人】袁飛, 祁偉, 盧旭, 肖蕾, 李海生, 莊鑫財
【申請人】廣東技術師范學院
【公開日】2016年3月2日
【申請日】2015年11月3日