应用于仓储机器人的物资定位方法与流程

本发明涉及机器人和定位，特别涉及一种应用于仓储机器人的物资定位方法。

背景技术：

1、随着电力行业和物联网的快速发展，现代电力物资规模不断扩大，货物种类不断增多。为了减轻库房工人的工作量，目前通常采用仓储机器人来代替库房工人作业，比如从库房货架上对应的位置取货和放货，而仓储机器人对货架上各位置定位准确与否，直接决定了仓储机器人取货和放货的准确性，即能否合格的替代库房工人。

2、目前，仓储机器人用于进行定位的方案主要可以包括全球导航卫星系统(globalnavigation satellite system,gnss)、视觉识别、wi-fi和蓝牙。然而，由于仓储机器人应用于室内的物资定位，而室内环境中信号受到干扰，定位精度得不到保证，gnss的方案用于室内定位效果并不好；而对于视觉识别方案来说，视觉识别虽然能够提供丰富的环境信息，可实现同时环境建图和定位导航，但对于外观差别微弱的环境对象，视觉识别依然存在挑战，并且视觉识别在光照条件受限的环境中定位准确性更是大幅下降；wi-fi定位一般采用基于接收信号强度指示(received signal strength indication,rssi)指纹的方式，其优点是易于部署，成本低，但是由于rssi易受环境影响，定位精度比较低；而蓝牙技术为短距离有源无线传感，其适用与作用的距离范围有限，无法保证库房内远端和近端具有相同的信号强度，即定位准确性无法保证。

3、因此，有必要提出一种应用于仓储机器人的物资定位方法，以解决上述现有技术中的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，针对以上不足，有必要提出一种应用于仓储机器人的物资定位方法，以适用于工作在库房内的仓储机器人的物资定位，且能够提高物资定位的准确性。

2、本发明提供了一种应用于仓储机器人的物资定位方法，包括：

3、在库房内各物资上贴附rfid电子标签，以及在仓储机器人上搭载rfid读写器和若干个rfid天线；

4、使所述仓储机器人在运动过程中，其所搭载的rfid天线针对物资上贴附的所述rfid电子标签能够形成合成孔径雷达；

5、rfid读写器通过所搭载的rfid天线接收rfid电子标签反射回的射频信号进行相位数据采集；以及，所述仓储机器人实时将所述rfid天线的位置信息上传至所述rfid读写器；

6、所述rfid读写器基于所述相位数据和rfid天线的位置信息确定物资的位置信息。

7、优选的，当各物资上贴附的rfid电子标签中未设置位置信息已知的参考标签时，所述rfid读写器通过所搭载的rfid天线接收rfid电子标签反射回的射频信号进行相位数据采集，包括：

8、所述rfid读写器在rfid天线随着仓储机器人运动时，对处于静止状态的各rfid电子标签进行轮询，得到对应各rfid天线的相位序列数据。

9、优选的，所述rfid读写器基于所述相位数据和rfid天线的位置信息确定物资的位置信息，包括：

10、将所采集到的相位数据和位置信息带入相位-距离模型中；其中，所述相位-距离模型如下所示：

11、

12、其中，γk表示第k个rfid天线针对待求rfid电子标签的相位信息，λ表示射频信号的波长，xa,k、ya,k、za,k分别表示第k个rfid天线对应待求rfid电子标签时在x、y、z方向上的坐标信息，x、y、z分别表示待求的rfid电子标签在x、y、z方向上的坐标信息，βk表示第k个rfid天线针对待求的rfid电子标签时的模糊相位因子；

13、基于上述相位-距离模型，得到如下用于优化计算的代价函数：

14、

15、其中，m表示rfid天线的数量，n表示数据采集量，分别表示采集的第i个数据中第k个rfid天线对应待求rfid电子标签时在x、y、z方向上的坐标信息，表示采集的第i个数据对应的第k个rfid天线针对待求rfid电子标签的相位信息；

16、基于上述代价函数，利用最优化算法求解待求rfid电子标签的(x、y、z)坐标，以得到对应物资的位置信息。

17、优选的，当各物资上贴附的rfid电子标签中设置有位置信息已知的参考电子标签时，所述rfid读写器通过所搭载的rfid天线接收rfid电子标签反射回的射频信号进行相位数据采集，包括：

18、控制仓储机器人移动，并在不同位置处接收相位差数据。

19、优选的，所述rfid读写器基于所述相位数据和rfid天线的位置信息确定物资的位置信息，包括：

20、基于所述相位差信息，确定待求rfid电子标签在各角度方向上的信号强度；

21、基于待求rfid电子标签在各角度方向上的信号强度，绘制对应该待求rfid电子标签的信号强度-角度曲线图；

22、将对应待求rfid电子标签的待求信号强度-角度曲线图和预先绘制的参考信号强度-角度曲线图进行处理，并绘制与同一曲线图中，得到规整信号强度-角度曲线图；其中，所述参考信号强度-角度曲线图中绘制有各参考电子标签的信号强度-角度曲线图；

23、根据所述规整信号强度-角度曲线图，确定与所述待求rfid电子标签距离小于预设阈值的目标参考标签；

24、根据所述目标参考标签的坐标信息，确定所述待求rfid电子标签的坐标信息。

25、优选的，所述基于所述相位差信息，确定待求rfid电子标签和参考标签在各角度方向上的信号强度，包括：

26、利用如下计算式，计算所述信号强度：

27、

28、其中，b(θ)用于表征θ角度方向上的信号强度，j表示虚部符号，λ表示射频信号的波长，表示射频信号的相位差信息，tp表示第p次数据采集时的时间量，s(tp)表示第p次数据采集时的时域信号，p表征的是数据采集的次数。

29、优选的，所述将对应待求rfid电子标签的待求信号强度-角度曲线图和预先绘制的参考信号强度-角度曲线图进行处理，并绘制与同一曲线图中得到规整信号强度-角度曲线图，包括：

30、将两幅曲线图进行伸缩和对齐，以使两幅曲线图的区别单纯曲线形状不同所导致；

31、将两幅曲线图进行点对映射，并绘制于同一曲线图中，得到所述规整信号强度-角度曲线图。

32、优选的，当所述目标参考标签包含多个时，所述根据所述目标参考标签的坐标信息，确定所述待求rfid电子标签的坐标信息，包括：

33、计算各目标参考标签的三维坐标位置的加权平均值，估计所述待求rfid电子标签的坐标信息；其中，计算加权平均值时，各目标参考标签对应的的权重与其到待求rfid电子标签的距离相关。

34、由上述技术方案可知，仓储机器人在进行物资定位时，可以预先在库房内各物资上贴附rfid电子标签，以及在仓储机器人上搭载rfid读写器和若干个rfid天线，在仓储机器人运动的过程中，所搭载的rfid天线针对物质上贴附的电子标签能够形成合成孔径雷达，如此rfid可以接收rfid电子标签所反射回的射频信号，以进行相位数据采集，同时仓储机器人即可实时将rfid天线的位置信息传给rfid读写器，如此，rfid读写器可以基于获取到的相位数据和rfid天线的位置信息来确定物资的位置信息。由此可见，本方案是基于射频识别rfid技术和合成孔径雷达技术实现的，而rfid识别所用的标签不需要电池，理论上具有无限长的使用寿命，且成本低，体积小，易于目标对象结合，增强机器人与环境的交互能力，便于对目标对象的位置感知，而且rfid抗干扰能力强，信号受环境的干扰较小，能够具有更高的定位精度。此外，基于rfid进行物资定位完全不受光照的干扰，完全可以适用于黑暗、光照不均的恶劣环境中，从而本方案也具有更广泛的应用场景，同时也能够保证在恶劣环境下的定位精度。因此，本方案能够适用于工作在库房内的仓储机器人的物资定位，并且提高了物资定位的准确性和精度。