CN109358622A - 机器人标签的定位方法、电子设备和计算机可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及一种机器人标签的定位方法、电子设备和计算机可读存储介质，包括：获取机器人标签到基站的距离值，所述机器人标签的个数为至少1个，所述基站的个数为至少3个；构建空间坐标系，基于所述距离值，根据多球交汇原理得出所述机器人标签的三维坐标位置。本发明实施例提供的一种机器人标签的定位方法、电子设备和计算机可读存储介质，能够快速、精准地定位机器人所在位置并由此提高机器人的运行效率。

Description

机器人标签的定位方法、电子设备和计算机可读存储介质

技术领域

本发明涉及人工智能技术领域，尤其涉及一种机器人标签的定位方法、电子设备和计算机可读存储介质。

背景技术

移动机器人定位是其自主导航中的基本环节，也是自主移动机器人完成任务必须解决的问题。对定位的要求是定位精度高(亚米级精度)，实时性好。

UWB信号具有超高分辨率、抗多径效应、穿透力强以及结构简单的优点，成为目前室内高精度定位的最佳技术。在UWB定位***最简单的测距方式是单程测距(One WayRanging，OWR)，但必须要保证基站与移动站之间时钟同步，因此对硬件的要求很高。双程测距(Two Way Ranging，TWR)虽然能够消除节点之间未能完全同步的影响，但无法消除晶振时钟漂移的影响。对称双边双向测距(Symmetry Double Sided Two-Way Range，SDS-TWR)采用两次测量不仅能够消除时钟不同步造成的测距影响，并能消除两个节点时钟频偏误差造成的测距影响，进一步提高了测距精度,但是SDS-TWR要求信号回复时间严格相等，这样大大降低了定位的实时性，尤其在多基站冗余测量时很难保证回复时间上的一致性。

基于此，本发明的发明人发现，在绝对定位当中，机器人从起点到目标点行驶过程中，现有定位技术基本都采用了单标签定位法，此方法在机器人行驶前不能准确知道当前机器人的姿态朝向，需要先在默认朝向上行驶一定距离，然后再得到朝向和目标点的角度从而执行转向行驶操作。在多次行驶起停和定点转向后必然会对行驶效率带来很大影响，造成到达目标点的延时，整体运行效率较低。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例要解决的技术问题是，如何提供一种机器人标签的定位方法、电子设备和计算机可读存储介质，能够快速、精准地定位机器人所在位置并由此提高机器人的运行效率。

为解决以上技术问题，本发明实施例提供一种机器人标签的定位方法，包括：

获取机器人标签到基站的距离值，所述机器人标签的个数为至少1个，所述基站的个数为至少3个；

构建空间坐标系，基于所述距离值，根据多球交汇原理得出所述机器人标签的三维坐标位置。

在一种可能的实现方式中，所述构建空间坐标系，基于所述距离值，根据多球交汇原理得出所述机器人标签的三维坐标位置包括：

将所述机器人标签设为T:(X,Y,Z)；

将至少3个所述基站的坐标分别设为第一基站坐标A0:(X0,Y0,Z0)、第二基站坐标A1:(X1,Y1,Z1)、第三基站坐标A2:(X2,Y2,Z2)；

将至少3个所述基站在与所述机器人标签同平面的投影坐标分别设为A0′、A1′、A2′；

基于所述距离值Dis0、Dis1、Dis2，列出所述机器人标签到每个所述基站的球方程，所述球方程为：

根据所述球方程解算出所述机器人标签的坐标位置，其中所述机器人标签的高度Z0、Z1、Z2已知且相等。

在一种可能的实现方式中，所述机器人标签的个数为2个，设2个所述机器人标签的坐标分别为T0:(x0,y0)和T1:(x1,y1)；以及

在所述构建空间坐标系，基于所述距离值，根据多球交汇原理得出所述机器人标签的三维坐标位置之后，还包括：根据2个所述机器人标签的坐标，计算所述机器人的初始姿态朝向角α，所述初始姿态朝向角

在一种可能的实现方式中，在计算所述机器人的初始姿态朝向角α之后，还包括：

根据2个所述机器人标签的坐标，得到机器人中心点坐标；

根据所述机器人中心点坐标和一个所述机器人标签的坐标，计算所述机器人中心点坐标至目标点坐标转向角β，所述目标点坐标转向角

在一种可能的实现方式中，在计算所述机器人中心点坐标至目标点坐标转向角β之后，还包括：

控制所述机器人旋转角度θ，所述角度θ＝β-α。

在一种可能的实现方式中，在控制所述机器人旋转角度θ之后，还包括：

控制所述机器人以预设速度向所述机器人的正前方行进。

在一种可能的实现方式中，在控制所述机器人以预设速度向所述机器人的正前方行进之后，还包括：

重复计算所述机器人的初始姿态朝向角α和所述机器人中心点坐标至目标点坐标转向角β；

控制所述机器人旋转角度θ，所述角度θ＝β-α。

为解决以上技术问题，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括：至少一个中央处理器；以及与所述至少一个中央处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个中央处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个中央处理器执行，以使所述至少一个中央处理器执行以上各个方面所述的方法，并实现相同的技术效果。

为解决以上技术问题，本发明实施例还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行以上各个方面所述的方法，并实现相同的技术效果。

为解决以上技术问题，本发明实施例还提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，使所述计算机执行以上各个方面所述的方法，并实现相同的技术效果。

有益效果

本发明实施例提供的一种机器人标签的定位方法、电子设备和计算机可读存储介质，能够快速、精准地定位机器人所在位置，保证定位的实时性，提高测距的精度，并由此提高机器人的运行效率。

根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本发明的其它特征及方面将变得清楚。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1示出本发明实施例提供的一种机器人标签的定位方法的流程图；

图2示出根据本发明实施例标签向基站发送信号以及基站作出应答的示意图；

图3示出本发明实施例提供的空间坐标系的结构示意图；

图4示出本发明实施例提供的一种机器人标签的定位方法的流程图；

图5示出本发明实施例提供的机器人转向控制的示意图；

图6是本发明实施例提供的执行一种机器人标签的定位方法的电子设备的硬件结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。

实施例1

图1示出本发明实施例提供的一种机器人标签的定位方法的流程图，该方法可以由电子设备执行，例如终端设备或服务端设备。换言之，所述方法可以由安装在终端设备或服务端设备的软件或硬件来执行。所述服务端包括但不限于：单台服务器、服务器集群、云端服务器等。如图所示，该方法包括以下步骤。

步骤S1：获取机器人标签到基站的距离值。

所述机器人标签的个数为至少1个，所述基站的个数为至少3个。

图2示出根据本发明实施例标签向基站发送信号以及基站作出应答的示意图，如图所示，首先标签T向基站A发送请求信号，与此同时标签T启动自身时钟计数器；基站A接收到请求信号的同时启动其时钟计数器，并接着反馈回一个应答信号，与此同时停止时钟计数器，读取处理时间；标签T接到应答信号之后接着反馈回一个终止信号；基站A收到终止信号之后进行相应的计算，得出相应的测距时间，计算出标签到基站的距离信息，并在下一次答复标签T请求信号的时候反馈给它。在多基站单标签定位时采用基站分布式计算的方式完成距离测量，标签汇总多个基站(例如3个或4个)数据计算出自身在二维空间中的绝对坐标值，有效提高了计算效率。

如式(1)所示：

式(1)中Tround1和Treply2为标签时基数据，Tround2和Treply1为基站时基数据，由此，本发明实施例可以有效避免时钟同步、晶振漂移和其它偏差等造成的测距时间影响。

标签和基站之间的距离:

式(2)中c为光速3×10⁸米/秒，从而可以计算出标签到基站的距离值。

步骤S2：构建空间坐标系，基于所述距离值，根据多球交汇原理得出所述机器人标签的三维坐标位置。

图3示出本发明实施例提供的空间坐标系的结构示意图。在三维空间定位中1个标签和3个基站是基础的配置。将机器人标签设为T:(X,Y,Z)；将至少3个所述基站的坐标分别设为第一基站坐标A0:(X0,Y0,Z0)、第二基站坐标A1:(X1,Y1,Z1)、第三基站坐标A2:(X2,Y2,Z2)；将至少3个所述基站在与所述机器人标签同平面的投影坐标分别设为A0′、A1′、A2′，其中所述机器人标签的高度Z0、Z1、Z2已知且相等，A0′、A1′、A2′的坐标分别为：A0′(X0,Y0,Z)、A1′(X1,Y1,Z)、A2′(X2,Y2,Z)，基于所述距离值Dis0、Dis1、Dis2，列出所述机器人标签到每个所述基站的球方程，所述球方程为：

根据所述球方程解算出所述机器人标签的坐标位置。

可选地，可以采用1个标签、4个基站的模式，或者可以可以采用2个标签、4个基站的模式，能够得到较高的定位精度。如果希望定位的可靠性更高，精度更高，或在更广阔的空间内进行应用，则需要搭建更多的基站，从而避免遮挡等干扰，求解出多组二维数据，再通过求取均值、最小二乘、最优舍取等方法得到更加可靠与可信的二维定位数据。对静止坐标点T(3.75，4.00)进行1000次数据监测可以发现，定位误差均控制在10cm以内。

由此，本发明实施例提供的一种机器人标签的定位方法能够快速、精准地定位机器人所在位置保证定位的实时性，提高了测距的精度，并由此提高机器人的运行效率。

实施例2

图4示出本发明实施例提供的一种机器人标签的定位方法的流程图，该方法可以由电子设备执行，例如终端设备或服务端设备。换言之，所述方法可以由安装在终端设备或服务端设备的软件或硬件来执行。所述服务端包括但不限于：单台服务器、服务器集群、云端服务器等。如图所示，该方法包括以下步骤。

步骤S1：获取机器人标签到基站的距离值。

所述机器人标签的个数为至少1个，所述基站的个数为至少3个。具体步骤与上一实施例相同不再赘述。

步骤S2：构建空间坐标系，基于所述距离值，根据多球交汇原理得出所述机器人标签的三维坐标位置。

在本实施例中，机器人标签的个数为2个，设2个所述机器人标签的坐标分别为T0:(x0,y0)和T1:(x1,y1)；以及在所述构建空间坐标系，基于所述距离值，根据多球交汇原理得出所述机器人标签的三维坐标位置之后，还包括：根据2个所述机器人标签的坐标，计算所述机器人的初始姿态朝向角α，所述初始姿态朝向角

由此，本发明实施例提供的一种机器人标签的定位方法能够快速、精准地定位机器人所在位置和角度，保证定位的实时性，提高了测距的精度，并由此提高机器人的运行效率。

可选地，在计算所述机器人的初始姿态朝向角α之后，还可以包括：

步骤S3：根据2个所述机器人标签的坐标，得到机器人中心点坐标。

机器人为中间两驱设计，可以原地围绕中心进行360度转弯，因此计算旋转角度时以机器人中心点为起点计算。

根据机器人标签T0(x0,y0)和T1(x1,y1)坐标可以得到机器人中心点坐标：

步骤S4：根据所述机器人中心点坐标和一个所述机器人标签的坐标，计算所述机器人中心点坐标至目标点坐标转向角β，所述目标点坐标转向角

步骤S5：控制所述机器人旋转角度θ，所述角度θ＝β-α。

图5示出本发明实施例提供的机器人转向控制的示意图，如图所示，机器人行走时首先进行原地角度旋转角度θ＝β-α，机器人朝向指向目标点D2。

步骤S6：控制所述机器人以预设速度向所述机器人的正前方行进。

步骤S7：重复计算所述机器人的初始姿态朝向角α和所述机器人中心点坐标至目标点坐标转向角β，控制所述机器人旋转角度θ，所述角度θ＝β-α。

控制机器人按照设定速度前往目标点D2，行走其间机器人要不断重复以上步骤进行纠偏操作。

由此，本发明实施例提供的一种机器人标签的定位方法，能够构建空间定位***完成机器人的绝对位置获取，能够获得机器人初始姿态朝向信息，优化单标签设计通过前期移动获得初始信息浪费时间的方式，提高了机器人控制的效率，能够获得机器人初始姿态朝向角度和目标角度完成机器人快速转向，提高机器人行走控制效率。

实施例5

本发明实施例提供了一种非暂态(非易失性)计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行上述任意方法实施例中的方法，并实现相同的技术效果。

实施例6

本发明实施例提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，使所述计算机执行以上各个方面所述的方法，并实现相同的技术效果。

实施例7

图6是本发明实施例提供的执行一种机器人标签的定位方法的电子设备的硬件结构示意图，如图所示，该设备包括一个或多个中央处理器610以及存储器620。以一个中央处理器610为例。该设备还可以包括：输入装置630和输出装置640。

中央处理器610、存储器620、输入装置630和输出装置640可以通过总线或者其他方式连接，图6中以通过总线连接为例。

存储器620作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块。中央处理器610通过运行存储在存储器620中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行电子设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例的处理方法，中央处理器610与机器人标签T0和T1连接，在完成旋转角度θ的计算后将该旋转角度θ的信息编码发送到机器人行走控制模块670，使机器人行走控制模块670完成机器人转向控制。

存储器620可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作***、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储数据等。此外，存储器620可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器620可选包括相对于中央处理器610远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理装置。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

输入装置630可接收输入的数字或字符信息，以及产生信号输入。输出装置640可包括显示屏等显示设备。

所述一个或者多个模块存储在所述存储器620中，当被所述一个或者多个中央处理器610执行时，执行以上各个方面所述的方法，并实现相同的技术效果。

上述产品可执行本发明实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明实施例所提供的方法。

本发明实施例的电子设备以多种形式存在，包括但不限于以下设备。

(1)移动通信设备:这类设备的特点是具备移动通信功能，并且以提供话音、数据通信为主要目标。这类终端包括:智能手机(例如iPhone)、多媒体手机、功能性手机，以及低端手机等。

(2)超移动个人计算机设备:这类设备属于个人计算机的范畴，有计算和处理功能，一般也具备移动上网特性。这类终端包括:PDA、MID和UMPC设备等，例如iPad。

(3)便携式娱乐设备:这类设备可以显示和播放多媒体内容。该类设备包括:音频、视频播放器(例如iPod)，掌上游戏机，电子书，以及智能玩具和便携式车载导航设备。

(4)服务器:提供计算服务的设备，服务器的构成包括中央处理器、硬盘、内存、***总线等，服务器和通用的计算机架构类似，但是由于需要提供高可靠的服务，因此在处理能力、稳定性、可靠性、安全性、可扩展性、可管理性等方面要求较高。

(5)其他具有数据交互功能的电子装置。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对相关技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种机器人标签的定位方法，其特征在于，包括：

获取机器人标签到基站的距离值，所述机器人标签的个数为至少1个，所述基站的个数为至少3个；

构建空间坐标系，基于所述距离值，根据多球交汇原理得出所述机器人标签的三维坐标位置。

2.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述构建空间坐标系，基于所述距离值，根据多球交汇原理得出所述机器人标签的三维坐标位置包括：

将所述机器人标签设为T:(X,Y,Z)；

将至少3个所述基站的坐标分别设为第一基站坐标A0:(X0,Y0,Z0)、第二基站坐标A1:(X1,Y1,Z1)、第三基站坐标A2:(X2,Y2,Z2)；

将至少3个所述基站在与所述机器人标签同平面的投影坐标分别设为A0′(X0,Y0,Z)、A1′(X1,Y1,Z)、A2′(X2,Y2,Z)；

基于所述距离值Dis0、Dis1、Dis2，列出所述机器人标签到每个所述基站的球方程，所述球方程为：

根据所述球方程解算出所述机器人标签的坐标位置，其中所述机器人标签的高度Z0、Z1、Z2已知且相等。

3.根据权利要求2所述的定位方法，其特征在于，所述机器人标签的个数为2个，设2个所述机器人标签的坐标分别为T0:(x0,y0)和T1:(x1,y1)；以及

在所述构建空间坐标系，基于所述距离值，根据多球交汇原理得出所述机器人标签的三维坐标位置之后，还包括：根据2个所述机器人标签的坐标，计算所述机器人的初始姿态朝向角α，所述初始姿态朝向角

4.根据权利要求3所述的定位方法，其特征在于，在计算所述机器人的初始姿态朝向角α之后，还包括：

根据2个所述机器人标签的坐标，得到机器人中心点坐标；

根据所述机器人中心点坐标和一个所述机器人标签的坐标，计算所述机器人中心点坐标至目标点坐标转向角β，所述目标点坐标转向角

5.根据权利要求4所述的定位方法，其特征在于，在计算所述机器人中心点坐标至目标点坐标转向角β之后，还包括：

控制所述机器人旋转角度θ，所述角度θ＝β-α。

6.根据权利要求5所述的定位方法，其特征在于，在控制所述机器人旋转角度θ之后，还包括：

控制所述机器人以预设速度向所述机器人的正前方行进。

7.根据权利要求6所述的定位方法，其特征在于，在控制所述机器人以预设速度向所述机器人的正前方行进之后，还包括：

重复计算所述机器人的初始姿态朝向角α和所述机器人中心点坐标至目标点坐标转向角β；

控制所述机器人旋转角度θ，所述角度θ＝β-α。

8.一种电子设备，包括：

至少一个中央处理器；以及，

与所述至少一个中央处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个中央处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个中央处理器执行，以使所述至少一个中央处理器能够执行权利要求1-7中任一项所述的方法。

9.一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行权利要求1-7中任一项所述的方法。