CN105956636A - 采用射频识别标签关联物体的方法 - Google Patents

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Abstract

采用射频识别标签关联物体的方法属于射频识别以及机器人技术，解决将排列有序但可能随时间变化的一组物体的空间结构信息实时传递给自行机器人，从而设定它的边界或路径的问题。本发明设计在这组物体上逐一安放射频识别标签，同时遵循一定的原则和方法在标签中写入对相邻标签的引用指针。这个标签集合和其中蕴含的指针信息，在逻辑上形成线性、树形或网状的数据结构，从而映射标签集合所标记的物体之间的空间位置关系。遵循本发明给出的指针函数的构造原则和方法，可以大大缩短引用指针的存储长度。指针却还可以附加信息。本发明的方法可以映射物体对象之间的复杂关系；可以混用小内存的标签以降低成本；公布了丰富的物体制作材料。

Description

采用射频识别标签关联物体的方法
技术领域
采用射频识别标签关联物体的方法属于射频识别(RFID)技术，又是一项机器人相关技术。
背景技术
将一组射频识别标签置于固定的或移动的区域边界或路径上，为自行机器人圈定和标记工作的边界和走向，中国专利201520892229.0/201510762076.2(2015，许小敏等)公开了一种用于机器人割草机的相关技术方案，但是有如下局限：1、仅限于射频识别标签逻辑串联的情况，未涉及有分支的树形或网状结构，没有办法应对机器人路径导向中会碰到的路径分叉、路径合并等问题；2、采用标签标识码TID、UTID或TID+UTID本身作为被引用指针，需要占用过多的射频识别标签USER存储区，而目前市场上能够以印刷版式(inlay)形式制作标签的芯片中，USER区最大的也只有512二进制位；3、要求每片标签都必须具备较大的USER存储区来存储引用指针，大量成本较低而USER区较小的射频识别标签无法被采用；4、仅涉及PVC一种材料来制作串联边界物体，可选性太狭窄。
发明内容
一组物体，排列成线性(包含环)、树形或网状结构，并且物体的排列可能随时间而变化。这组物体集合的结构信息需要以机器人理解的方式实时传递给机器人，从而为自行机器人设定工作边界或路径导向。采用射频识别标签关联物体的方法(下文亦称“本发明”)设计的解决方案是在这组物体上给每个物体逐一安放射频识别标签，用射频识别标签来标记每个物体，同时在全部或部分射频识别标签中写入对相邻物体上射频识别标签的引用指针。这个射频识别标签的集合和其中蕴含的诸多指针信息合在一起，就在逻辑上形成了一个线性、树形或者网状的数据结构，来映射标签集合所标记的物体之间的空间位置关系。给自行机器人装备射频识别读取功能，机器人读取这样一片射频识别标签的标识信息和指针信息后，就可以了解这个标签的相邻节点信息并判定是否自己是其他节点的相邻节点以及如何相邻。逐步积累数据后，自行机器人就能掌握这个物体集合的空间位置整体关系，从而理解这种关系所要传递给它的界定或引导信息。
本发明的技术方案参照标准EPCglobal C1 G2、ISO 18000、ISO 15961/15962/15963。本发明论述中，下标h表示16进制，下标b表示二进制。
要在某个射频识别标签X中存储对其它标签Y的引用指针，方法是构造一个指针函数运算P(t)＝p，将p值写入标签X的存储区，作为引用标签Y的虚拟指针，其中p是一个数值，t是被引用标签Y的TID码或其片段、EPC码或其片段、或者存储于USER区的一个用户自定义标识码(UDID)；而指针函数P的限定条件是它有逆运算P-1(p)＝t，并且p值和t值在本发明的一个具体应用的标签集合内必须唯一。
射频识别标签自身的标识方法主要有：TID标志码、EPC码、或者自定义标志码UDID。而在一个封闭的小规模应用中，TID码或者EPC码的某个片段就可以唯一区分射频识别标签集合中的标签。本发明中引用指针相应的表达方式分别是P(TID)、P(EPC)、和P(UDID)。三种方法各有长短，具体选用要针对实际应用场景的各项限定条件来决定。
不同厂商、不同型号射频识别标签TID码的编码规则和编码长度不尽相同，有的标签还有一个扩展的唯一标签标识码(Unique TID或UTID)，所以不同来源的射频识别标签混用的时候，构造一个通用简洁的指针函数会比较困难。但是同一厂商的射频识别标签会有一个内部的序列号来唯一区分标签，所以在一个有限规模的应用当中采用同一厂商、同一型号的射频识别标签，它们内部序列号所在的局部段落(记为tids)就可以用作标识标签自身。P(TID)＝tids是这种情况下指针函数的一个优选方案。
虽然射频识别标签的EPC区事实上可以存储用户自定义的任意码值，但是合规的EPC码必须遵从EPCglobal的复杂编码规则，用户有义务维护码值的唯一性和合规性，避免污染整个EPC编码空间。企业一般在EPC码中也会加入序列号(记为epcs)作为EPC码的一个片段，这时P(EPC)＝epcs是一个理想的引用指针函数。如果非EPC标准，则应将EPC存储区第17h位设定为1b。
在USER区，用户可以比较自由地自定义射频识别标签的识别码UDID，做到精简短小，此时指针函数可以采用反身函数P(UDID)＝UDID。不过，USER区的信息读取效率不如TID区和EPC区。
射频识别标签芯片的存储容量非常有限，目前市场上能够以印刷版式(inlay)形式制作标签的芯片中，USER区最大的也只有512二进制位。所以指针函数的功能应当尽可能缩短引用指针的二进制位数，以节省对存储空间的占用。
射频识别标签的EPC区和USER区都是可读写存储区。引用指针可以存储在EPC区成为EPC码的一部分，也可以存储在USER区中。如果在标签X中存有对标签Y的引用指针，考虑内存容量的限制不建议标签的双向引用，即标签Y中不再存储对标签X的引用指针。如图1，标签A(110)中存有指向标签B(120)的指针，标签B中存有指向标签C(130)的指针，但标签B中不再存储指向标签A的指针，标签C中不再存储指向标签B的指针。
当所有标签都仅存储有一个引用指针，则所有标签顺序相连，标签集合构造的是一个线性数据结构。一片射频识别标签中也可以存储多个引用指针，表明该标签是一个分支节点，与多于二个其它标签相邻。如果标签集合中存在分支节点，则表明该标签集合表达的是一个树形数据结构。一片射频识别标签也可以被分别存储在不同标签内的多个指针引用，表示该标签是一个汇聚节点。如果标签集合中同时存在分支节点和汇聚节点，则表明该标签集合表达的是一个网状数据结构。如图3，标签T2(320)和标签T3(330)是分支节点，而标签T6(360)是汇聚节点，标签集合{T1..T6}中存储了一个网状数据结构。而如果标签T3中没有存储对T6的引用，则标签集合{T1..T6}中存储的就是一个树形数据结构了。
如果在标签集合中有部分射频识别标签的存储空间不足以存储引用指针，那么就要利用余集中的标签来组织和存储整个集合的指针信息。如图2，标签M(210)、标签I(220)、标签J(230)和标签N(250)在其TID区分别存有TID＝m(211)、TID＝i(221)、TID＝j(231)、TID＝n(251)。标签I和J中都仅有很小的存储空间，无法分配给引用指针，而标签M和标签N有较多的存储空间，可以代替其它标签来存储指针数据。在标签M中按顺序存储引用标签I、J、N的指针P′(i)(215)、P′(j)(216)、P′(n)(217)，则标签集合{M、I、J、N}及其指针形成树形数据结构。当按照标签M中指针的存储顺序遍历树的节点，遍历路径形成一个线性顺序关系。图2中指针函数为P′(TID)，也可以采用针对EPC或UDID的运算。而标签N中同样可以存储多个引用指针，接力表达同构的一段关系。
在上述各个数据结构的端点，要在标签中存储指针的位置写入约定的空值(null)。null一般取值为0或FFFFh。
本发明可以应用在如图1的应用场景中。定位桩(100)排列成线性的环，圈出自行机器人(900)作业的范围。定位桩上安放射频识别标签，通过写入引用指针，标签们按定位桩的顺序线性链接。机器人通过读取标签内容了解边界及其走向，并且采取相应行动，比如离开边界的条带区域。
本发明也可以应用在如图3的应用场景中。机器人事先未知的路径(300)有分叉和汇合，当机器人运动到此，其决策的前提是必须知晓是否正面临着分叉或汇合。处于这些位置上的标杆上安放的射频识别标签T2(320)、T3(330)、T4(340)和T6(360)中的数据就会传递给机器人它所期待的信息。
引用指针上还可以附加一些信息。如图3，标签T1(310)和标签T2(320)相邻，标签T1中除了存有对标签T2的引用指针，还存有Len(t1，t2)(318)表示标签T1和T2之间的距离。附加信息可以给自行机器人更多的辅助。
自行机器人上安装射频识别读取设备，读取射频识别标签的标识信息、引用指针信息、以及指针附加信息，调用指针函数的逆运算来获取被引用标签的标识信息。自行机器人将每次读取的数据保存，逐步积累和关联，就能将射频识别标签集合中的数据结构再映射出来。
本发明的现实可行还取决于上述定位桩和标杆等物体的制作材料或者射频识别标签的安放方法。这些物体对象应当采用电磁波通透(RF-lucent)的材料制作，可选用但不限于：乙烯酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚乙烯、聚氨酯、聚酯、聚烯烃、聚酰胺、乙烯、硅酮、聚对苯二甲酸乙酯(PET)、聚萘二甲酸(PEN)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚醚醚酮(PEEK)、聚砜(PS)、聚亚苯基砜(PPS)、聚醚砜(PES)、聚氯乙烯(PVC)、聚酯、聚酰亚胺、聚乳酸(PLA)、ABS合成树脂、或者其中两种以上物质混合得到的材料。如果这些物体对象的制作材料并非电磁波通透，那么必须采用合适的方法来安放射频识别标签。中国专利201520732167.7(2015，许小敏)公开了一种方案可以将射频识别标签妥善安放在一些非电磁波通透的物体上，可以参考使用。抗金属标签也可以参考使用。
本发明的有益效果是：
(一)、当射频识别标签通过指针引用其它标签，本发明给出了构造引用指针的原则和方法。遵循这些原则和方法，可以大大缩短引用指针的存储长度，减少对标签宝贵内存空间的占用。而另一方面，引用指针上附加信息的方法可以更好地辅助标签信息的使用者，比如自行机器人。
(二)、本发明的方法除了可以表达和映射现实空间中物体集合的线性关系，还可以表达和映射物体集合的树形关系和网状关系。
(三)、本发明的方法可以混用小内存或没有USER内存的射频识别标签以降低成本，而所有引用指针信息仍可以在标签集合中保存。
(四)、本发明的方法公布了丰富的制作材料供现实空间中的物体对象选用。
附图说明
图1表达的是射频识别标签集合通过引用指针建立线性链表数据结构，从而映射所标记外部物体的线性排列的空间位置关系。
图2表达的是以标签集合的子集中的射频识别标签来存储整个集合中所有标签的引用关系，从而建立数据结构的方法。
图3表达的是用射频识别标签集合标记外部物体、并通过引用指针构造网状数据结构的方法，从而映射外部路径的空间形态。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
所有实施例的节点物体，比如定位桩和标杆，均采用电磁波通透(RF-lucent)的材料制作，可选用但不限于：乙烯酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚乙烯、聚氨酯、聚酯、聚烯烃、聚酰胺、乙烯、硅酮、聚对苯二甲酸乙酯(PET)、聚萘二甲酸(PEN)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚醚醚酮(PEEK)、聚砜(PS)、聚亚苯基砜(PPS)、聚醚砜(PES)、聚氯乙烯(PVC)、聚酯、聚酰亚胺、聚乳酸(PLA)、ABS合成树脂、或者其中两种以上物质混合得到的材料。
所举实施列中，涉及空间顺序的地方，均以观察者的视角，定义顺时针方向为左，逆时针方向为右。
实施例一如图1。一组定位桩(100)在地面排列成线性的环，圈定了一个自行机器人(900)的工作范围。在每个定位桩上面安放一片射频识别标签。机器人的射频识别读取半径调整为1米，水平发射角120°，则定位桩的密度要求控制在大于0.6个/米，以保证机器人进入边界区域就一定能读到至少一片射频识别标签，机器人于是可以了解自己的位置、下一个桩的标识、方向信息，并采取相应措施，比如转向离开边界区域。
射频识别标签全部采用Alien公司的ALN-9640Squiggle，它有96位的EPC区和512位的USER区。确定EPC码的第17h位设定为1b，并且构造指针函数P(epc)＝epc并存储在USER区，其中epc定义为EPC码在40h～4Fh地址上的片段，且在本实施例应用中唯一。
标签A(110)存储有epc＝a(115)，标签B(120)有epc＝b(125)，标签C有epc＝c(135)，它们又分别在USER区存有引用指针P(epc)＝b(116)、P(epc)＝c(126)、P(epc)＝d(136)来分别指向各自的右邻标签B、C和D，其中d是标签D(140)的epc值。其他节点情况依此类推。标签A、B、C在逻辑上构成了线性链表，表现了定位桩上射频识别标签集合里的数据所蕴含的完整线性链表的一个三节点片段。
当自行机器人从定位桩上读取标签B，获得epc＝b和P(epc)＝c两个数据，即可以了解该定位桩的身份是b，且右邻是c。如果机器人已经获得了epc＝a和P(epc)＝b一对数据，就可以知道b是曾经访问过的身份为a的定位桩的右邻。机器人经过不断接触定位桩，不断积累数据，就可以掌握整个边界的信息。
实施例二如图3。路径(300)有分叉和汇合点，在每个分叉点和汇合点、以及路径沿途放置标杆，标杆上安放射频识别标签，包括T1(310)、T2(320)、T3(330)、T4(340)、T5(350)、T6(360)，它们分别存储有UTID＝t1(311)、UTID＝t2(321)、UTID＝t3(331)、UTID＝t4(341)、UTID＝t5(351)、UTID＝t6(361)。
射频识别标签全部采用Alien公司的ALN-9654G，标签由64二进制位的UTID唯一区分。实施中所选标签的UTID要求在低16二进制位上不重复。构造指针函数
P″(UTID″)＝UTID″AND 000000000000FFFFh＝p″，
取低16二进制位存储于USER区。
P″-1(p″)＝UTID AND FFFFFFFFFFFF0000h OR p″，
其中UTID是本标签的UTID，UTID″是被引用标签的UTID。
要在标签集合{T1..T6}中形成网状结构的逻辑关系来反映路径(300)的形状，需要在标签中存储左、右两个引用指针，按上北下南的地图坐标，分别指向左下、右下相邻节点。标签T1中存有右下指针P″(t2)(317)指向T2；而标签T2中存储有两个指针P″(t3)(325)和P″(t4)(327)分别指向左下邻T3和右下邻T4，表示T2处于路径的一个分支节点；标签T3也有两个指针P″(t5)(335)和P″(t6)(337)分别指向左下邻T5和右下邻T6，表示T3所处位置也是路径的一个分叉点；标签T4中存有右下指针P″(t6)(347)也指向T6，表明T6所处位置是路径的一个汇合点；标签T5中存有左下指针P″(tx)(355)指向某个标签Tx，如果P″(tx)＝null，则表示T5在左下方向上是端点；标签T6中存有右下指针P″(ty)(367)指向某个标签Ty，如果P″(ty)＝null，则表示T6在右下方向上是端点。
在标签USER区中，如果在存储指针的位置上写入的是约定的空值(null)，则表示这个方向上没有相邻节点。null空指针的值定义为0。引用指针都跟随着一个长度数据Len(x，y)作为指针附加信息，表示本标签X到相邻标签Y的距离。空指针跟随的长度为0。
自行机器人可以通过读取标签集合中的数据，了解路径情况，包括所处地点和方向，来辅助导航。如果机器人装备有定向天线，就可以精确地定向读取标签数据，凭这些数据自行导航。将任一标签所在位置称为一个节点，则射频识别读取设备可以从任意节点开始遍历节点，并在内存中复制标签集合中的整个数据结构。当它再次回到某个节点就可以准确了解自己在路径上的位置。

Claims (4)

1.采用射频识别标签关联物体的方法，是在一组物体上逐一安放射频识别标签，以射频识别标签标记每个物体，所有射频识别标签形成一个集合，其特征在于：
C01：在全部或部分射频识别标签中存储函数运算P(t)＝p的值作为对相邻射频识别标签的引用指针，函数P的限定条件是它有逆运算P-1(p)＝t，其中p是一个数值，t是被引用射频识别标签的TID码或其片段、EPC码或其片段、或者存储于USER区的一个用户自定义标识码，t在标签集合内具有唯一性；
C02：一片射频识别标签中可以存储多个引用指针指向不同的标签，而多个标签中也可以分别存储同一指针指向同一标签；
C03：射频识别标签集合和其中蕴含的指针信息在逻辑上构成线性、树形、或者网状数据结构，以映射标签集合所标记的物体之间的空间位置关系。
2.根据权利要求1所述的采用射频识别标签关联物体的方法，其特征在于，在特征C03中，所述线性关系可以通过构造并遍历树形数据结构来实现。
3.根据权利要求1所述的采用射频识别标签关联物体的方法，其特征在于，引用指针上可以附加信息，包括引用方和被引用方之间的距离数据。
4.根据权利要求1所述的采用射频识别标签关联物体的方法，其特征在于，所述物体对象的制作材料可选用但不限于：乙烯酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚乙烯、聚氨酯、聚酯、聚烯烃、聚酰胺、乙烯、硅酮、聚对苯二甲酸乙酯(PET)、聚萘二甲酸(PEN)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚醚醚酮(PEEK)、聚砜(PS)、聚亚苯基砜(PPS)、聚醚砜(PES)、聚氯乙烯(PVC)、聚酯、聚酰亚胺、聚乳酸(PLA)、ABS合成树脂、或者其中两种以上物质混合得到的材料。
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