一種基于uwb技術(shù)的室內(nèi)機(jī)器人自主定位系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本實用新型涉及移動機(jī)器人的室內(nèi)定位技術(shù)，特別是指一種基于UWB(UltraWideband-超寬帶通信)技術(shù)的室內(nèi)機(jī)器人自主定位系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著智能技術(shù)的普及，目前越多越多的移動式機(jī)器人應(yīng)用于餐廳服務(wù)，物流配送等領(lǐng)域。磁條定位是目前餐廳機(jī)器人和物流配送機(jī)器人用的最多的機(jī)器人定位方法，其工作原理是在機(jī)器人經(jīng)過的地方鋪設(shè)磁條，機(jī)器人通過安裝在底盤的磁芯傳感器獲取到磁條的南北極信息，從而生成機(jī)器人坐標(biāo)和導(dǎo)航信息。磁條定位的方法原理簡單，但是施工和后期維護(hù)量大，特別是針對酒店和餐廳應(yīng)用的機(jī)器人，貼在地面上的磁條嚴(yán)重影響了美觀。激光定位主要應(yīng)用于一些高端的機(jī)器人，其工作原理是在機(jī)器人經(jīng)過的路徑周圍貼上反光條，機(jī)器人通過激光傳感器掃描反光條獲取坐標(biāo)信息。激光定位能是機(jī)器人達(dá)到毫米級的定位精度，但是激光傳感器動輒5、6萬的成本不適合應(yīng)用于消費(fèi)級的機(jī)器人。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]本實用新型主要針對目前室內(nèi)機(jī)器人的定位技術(shù)缺點(diǎn)，提出一種新的低成本，可實現(xiàn)機(jī)器人快速自主定位的定位系統(tǒng)。
[0004]本實用新型的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:一種基于UWB技術(shù)的室內(nèi)機(jī)器人自主定位系統(tǒng)，包括若干UWB坐標(biāo)基站，和UWB坐標(biāo)終端。
[0005]進(jìn)一步，所述UWB坐標(biāo)基站包括基站數(shù)據(jù)處理單元、基站UWB射頻處理單元、基站高度傳感器和基站UWB天線。
[0006]進(jìn)一步，所述UWB坐標(biāo)終端包括終端數(shù)據(jù)處理單元、終端UWB射頻處理單元、終端高度傳感器和電子羅盤。
[0007]進(jìn)一步，所述基站UWB射頻處理單元和所述終端UWB射頻處理單元的工作頻率為4.2GHZ。
[0008]進(jìn)一步，所述UWB坐標(biāo)基站之間無需做時間同步。
[0009]進(jìn)一步，所述UWB坐標(biāo)終端使用TWR(Two Way Ranging一雙向測距)方式，通過所述終端UWB射頻處理單元測量出自身與所述UWB坐標(biāo)基站之間的距離，通過幾何運(yùn)算和定位算法，計算出當(dāng)前的坐標(biāo)。
[0010]進(jìn)一步，所述UWB坐標(biāo)終端通過自帶的所述終端高度傳感器與所述UWB坐標(biāo)基站的所述基站高度傳感器，計算出所述UWB坐標(biāo)終端的水平高度。
[0011 ]進(jìn)一步，所述UWB坐標(biāo)終端通過自帶的所述電子羅盤，計算出當(dāng)前機(jī)器人的航向角。
[0012]工作流程如下:
[0013]根據(jù)機(jī)器人的工作區(qū)域，預(yù)先對所述UWB坐標(biāo)基站的XY坐標(biāo)進(jìn)行設(shè)定；
[0014]所述UWB坐標(biāo)基站上電后，通過所述基站高度傳感器可獲取到自身的海拔高度；
[0015]所述UWB坐標(biāo)終端通過所述終端UWB射頻處理模塊向所述UWB坐標(biāo)基站發(fā)送UWB信號；
[0016]所述UWB坐標(biāo)基站接收到所述UWB的坐標(biāo)終端后發(fā)送的UWB信號后立即返回應(yīng)答信號；
[0017]所述UWB坐標(biāo)基站通過UWB信號到達(dá)所述UWB坐標(biāo)基站的時間，計算出坐標(biāo)與所述UWB坐標(biāo)基站的距離；
[0018]所述UWB坐標(biāo)終端通過自帶的所述終端高度傳感器獲取到自身的海拔高度；
[0019]所述UWB坐標(biāo)終端通過獲取自身跟周圍至少4個所述UWB坐標(biāo)基站的距離，以及自身跟所述UWB坐標(biāo)基站的高度差，計算出所述UWB坐標(biāo)基站的XY軸坐標(biāo)。
[0020]本實用新型的所述基于UWB技術(shù)的室內(nèi)機(jī)器人自主定位系統(tǒng)，通過所述UWB坐標(biāo)基站，和所述UWB坐標(biāo)終端，能夠?qū)崿F(xiàn)快速自主定位。
【附圖說明】
[0021]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0022]圖1為所述UWB坐標(biāo)基站模塊結(jié)構(gòu)框圖；
[0023]圖2為所述UWB坐標(biāo)終端模塊結(jié)構(gòu)框圖；
[0024]圖3為基于UWB技術(shù)的室內(nèi)機(jī)器人自主定位系統(tǒng)原理圖；
[0025]圖4為UWB坐標(biāo)終端生成XY坐標(biāo)流程圖。
【具體實施方式】
[0026]下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護(hù)的范圍。
[0027]—種基于UWB技術(shù)的室內(nèi)機(jī)器人自主定位系統(tǒng)，包括若干UWB坐標(biāo)基站，和UWB坐標(biāo)終端。
[0028]進(jìn)一步，UWB坐標(biāo)基站包括基站數(shù)據(jù)處理單元、基站UWB射頻處理單元、基站高度傳感器和基站UWB天線。
[0029]進(jìn)一步，UWB坐標(biāo)終端包括終端數(shù)據(jù)處理單元、終端UWB射頻處理單元、終端高度傳感器和電子羅盤。
[0030]進(jìn)一步，基站UWB射頻處理單元和終端UWB射頻處理單元的工作頻率為4.2GHZ。
[0031 ] 進(jìn)一步，UWB坐標(biāo)基站之間無需做時間同步。
[0032]進(jìn)一步，UWB坐標(biāo)終端使用TWR(Two Way Ranging—雙向測距)方式，通過終端UWB射頻處理單元測量出自身與UWB坐標(biāo)基站之間的距離，通過幾何運(yùn)算和定位算法，計算出當(dāng)前的坐標(biāo)。
[0033]進(jìn)一步，UWB坐標(biāo)終端通過自帶的終端高度傳感器與UWB坐標(biāo)基站的基站高度傳感器，計算出UWB坐標(biāo)終端的水平高度。
[0034]進(jìn)一步，UWB坐標(biāo)終端通過自帶的電子羅盤，計算出當(dāng)前機(jī)器人的航向角。
[0035]具體的工作流程為:
[0036]如圖3所示，定位系統(tǒng)工作前根據(jù)機(jī)器人的活動區(qū)域預(yù)先設(shè)定好4個UWB坐標(biāo)基站的坐標(biāo)B1(X1，Y1)，B2(X2，Y2)，B2(X2，Y2)，B3(X3，Y3)，B4(X4，Y4)，同時各UWB坐標(biāo)基站通過自身的高度傳感器獲取海平高度111，!12，!13，!14。
[0037]UWB坐標(biāo)終端工作后，通過TWR(Two Way Ranging)的方式，獲取到UWB坐標(biāo)終端跟UWB坐標(biāo)基站之間的距離dl，d2，d3，d4。進(jìn)一步地，UWB坐標(biāo)終端通過自帶的終端高度傳感器獲取到海平高度HO。
[0038]UWB坐標(biāo)終端通過UWB坐標(biāo)基站坐標(biāo)BI (XI，Yl)，B2(X2，Y2)，B2(X2，Y2)，B3(X3，Y3)，Β4(Χ4，Υ4)，UWB坐標(biāo)基站到UWB坐標(biāo)終端間的距離dl，d2，d3，d4，以及設(shè)備的水平高度Hl，H2，H3，H4和HO，構(gòu)建幾何方程組，從而計算出UWB坐標(biāo)終端的坐標(biāo)(Xi，Yi)。
[0039 ] UWB坐標(biāo)終端通過自帶的電子羅盤計算出機(jī)器人當(dāng)前的航向角。
[0040]UWB坐標(biāo)終端通過串口或者USB總線將坐標(biāo)信息(Xi，Yi)以及機(jī)器人的航向角傳送給機(jī)器人。
[0041]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種基于UWB技術(shù)的室內(nèi)機(jī)器人自主定位系統(tǒng)，其特征在于:包括若干UWB坐標(biāo)基站，和UWB坐標(biāo)終端。2.根據(jù)要求I所述基于UWB技術(shù)的室內(nèi)機(jī)器人自主定位系統(tǒng)，其特征在于:所述UWB坐標(biāo)基站包括基站數(shù)據(jù)處理單元、基站UWB射頻處理單元、基站高度傳感器和基站UWB天線。3.根據(jù)要求2所述基于UWB技術(shù)的室內(nèi)機(jī)器人自主定位系統(tǒng)，其特征在于:所述UWB坐標(biāo)終端包括終端數(shù)據(jù)處理單元、終端UWB射頻處理單元、終端高度傳感器和電子羅盤。4.根據(jù)權(quán)利要求1和權(quán)利要求2所述UWB基站和UWB坐標(biāo)終端，其特征在于:所述基站UWB射頻處理單元和所述終端UWB射頻處理單元的工作頻率為4.2GHZ。
【專利摘要】本實用新型提出了一種基于UWB技術(shù)的室內(nèi)機(jī)器人自主定位系統(tǒng)，包括若干UWB坐標(biāo)基站以及UWB坐標(biāo)終端構(gòu)成，所述UWB坐標(biāo)終端通過UWB信號測量出自身與所述UWB坐標(biāo)基站之間的距離，通過幾何運(yùn)算以及定位算法，計算出當(dāng)前坐標(biāo)，并把坐標(biāo)傳送給機(jī)器人，所述基于UWB技術(shù)的室內(nèi)機(jī)器人自主定位系統(tǒng)的各所述UWB坐標(biāo)基站之間無需時鐘同步線，所述UWB坐標(biāo)終端自身就能計算出機(jī)器人坐標(biāo)，無需連接專門服務(wù)器做處理，所述基于UWB技術(shù)的室內(nèi)機(jī)器人自主定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，定位精度高，可廣泛應(yīng)用于餐廳機(jī)器，物流機(jī)器人等作為機(jī)器人室內(nèi)導(dǎo)航的定位輔助工具。
【IPC分類】G01S5/02, H04W4/00, G05D1/02
【公開號】CN205213046
【申請?zhí)枴緾N201521043042
【發(fā)明人】梁金彬
【申請人】廣州晨控自動化科技有限公司
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年12月15日