基于超宽带技术的室外移动机器人定位系统和定位方法技术方案

公开一种基于超宽带技术的室外移动机器人定位系统和定位方法，所述的室外移动机器人包括运动工作平台，以及设置在工作区域边缘的充电基座，所述的运动工作平台在顶部设置超宽带基站天线，内部设置电子装置，所述的电子装置包括进行集中控制的处理器，与所述的处理器连接的超宽带基站，所述的超宽带基站的信号端连接所述的超宽带基站天线，与所述的处理器连接的WiFi模块；所述的充电基座的顶部设置第一超宽带标签天线，内部设置第一超宽带标签，所述的第一超宽带标签的信号端连接所述的第一超宽带标签天线；还包括设置在工作区域边缘的第二超宽带标签和第三超宽带标签；所述的处理器用于执行所述的定位方法，所述的定位方法包括定位系统初始化方法和机器人自定位方法。括定位系统初始化方法和机器人自定位方法。括定位系统初始化方法和机器人自定位方法。

【技术实现步骤摘要】
基于超宽带技术的室外移动机器人定位系统和定位方法


[0001]本专利技术涉及一种基于超宽带技术的室外移动机器人定位系统和定位方法，属于移动机器人自定位


技术介绍

[0002]室外移动机器人执行自己的工作任务，需要精确计算自己的位置。对于工作范围很大，定位精度要求不高的机器人，可采用全球定位系统，但是对于工作范围小，定位精度要求高的机器人，全球定位系统的定位精度不能满足应用要求。比如，室外草坪上工作的割草机器人，需要确定自身是否在工作范围以内，并且计算自身在草坪上的位置，进行路径规划，以及工作结束以后快速寻找充电基座。
[0003]目前室外小范围的应用场景下，可供选择的精确定位手段只有激光雷达和超宽带定位技术。激光雷达采用扫描测距的方式检测机器人与周围环境的距离，然后将这些距离信息与地图数据进行配对，然后得到精确的位置信息。这种检测方式的显著优点是不用改造环境，不用在环境中添加设备，但是检测产生的数据量大，对计算机处理能力要求高，并且在空旷无障碍物的环境下，定位精度大大下降，并且可能失败。随着电子技术和通讯技术的发展，超宽带技术发展成熟，并且成本越来越低。在超宽带测距系统里，会设置基站和标签，利用电磁波信号在基站和标签之间的飞行时间计算两个收发模块之间的距离。在设置多个标签的系统里，就可以利用几何关系实现定位。这种检测方式具有测距精度高，数据量小，设备安装简便的优势，得到越来越广泛的应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是解决小范围内室外移动机器人的自定位问题，在工作环境边缘设置三个超宽带标签，室外移动机器人利用自身携带的超宽带基站测量当前位置到超宽带标签的距离，再计算自身位置坐标，可用于边界判定，路径规划及回归充电。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：基于超宽带技术的室外移动机器人定位系统和定位方法，所述的室外移动机器人包括运动工作平台，以及设置在工作区域边缘的充电基座，所述的运动工作平台在顶部设置超宽带基站天线，内部设置电子装置，所述的电子装置包括进行集中控制的处理器，与所述的处理器连接的超宽带基站，所述的超宽带基站的信号端连接所述的超宽带基站天线，与所述的处理器连接的WiFi模块，用于与用户手机连接；所述的充电基座的顶部设置第一超宽带标签天线，内部设置第一超宽带标签，所述的第一超宽带标签的信号端连接所述的第一超宽带标签天线；还包括设置在工作区域边缘的第二超宽带标签和第三超宽带标签，所述的第二超宽带标签的信号端连接第二超宽带标签天线，所述的第三超宽带标签的信号端连接第三超宽带标签天线，所述的充电基座，第二超宽带标签和第三超宽带标签等间距设置，形成一个等边三角形；所述的处理器用于执行所述的定位方法，所述的定位方法包括定位系统初始化方法和机器人自定位方法。
[0006]所述的定位系统初始化方法用于所述的室外移动机器人正式使用之前建立直角坐标系，确定所述的充电基座，第二超宽带标签和第三超宽带标签的坐标，包括以下步骤：(2
‑
1)当所述的室外移动机器人位于所述的充电基座内时，所述的处理器控制所述的超宽带基站与所述的第二超宽带标签进行测距，获得距离l
02
，与所述的第三超宽带标签进行测距，获得距离l
03
；(2
‑
2)所述的室外移动机器人通过所述的WiFi模块与用户的手机建立连接，用户通过手机控制所述的室外移动机器人沿着工作区域边缘运动，进行环境边界学习；同时所述的处理器每隔固定周期T控制所述的超宽带基站分别与所述的第一超宽带标签、第二超宽带标签和第三超宽带标签进行测距，获得距离l
i1
，l
i2
，l
i3
，并进行保存，i=1，2，3.....，代表测量的序号；当所述的所述的室外移动机器人回到所述的充电基座，完成环境边界学习；(2
‑
3)对所有保存的数据，计算|l
i2
‑
l
i3
|，比较出最小值，得到i=I，|l
I2
‑
l
I3
|为最小值；计算所述的第一超宽带标签，第二超宽带标签和第三超宽带标签组成的三角形中，以所述的第一超宽带标签为顶点的三角形角度θ=arccos{[(l
02
)2+(l
I1
)2‑
(l
I2
)2]/(2l
02
l
I1
)}+arccos{[(l
03
)2+(l
I1
)2‑
(l
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)2]/(2l
03
l
I1
)}；(2
‑
4)建立直角坐标系：以所述的第一超宽带标签为原点，以所述的第一超宽带标签和第二超宽带标签所在直线为x轴，指向所述的第二超宽带标签，因此所述的第一超宽带标签的坐标为(0,0)，所述的第二超宽带标签的坐标为(l
02
,0)，所述的第三超宽带标签的坐标为(l
03
·
cosθ,l
03
·
sinθ)；(2
‑
5)将环境边界学习过程中的测量数据l
i1
，l
i2
，l
i3
，转换为坐标数据(x
i
,y
i
)：首先建立方程：(x
i
)2+(y
i
)2=(l
i1
)2(x
i
‑
l
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‑
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·
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)2解方程得到x
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·
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于超宽带技术的室外移动机器人定位系统和定位方法，所述的室外移动机器人包括运动工作平台，以及设置在工作区域边缘的充电基座，其特征在于：所述的运动工作平台在顶部设置超宽带基站天线，内部设置电子装置，所述的电子装置包括进行集中控制的处理器，与所述的处理器连接的超宽带基站，所述的超宽带基站的信号端连接所述的超宽带基站天线，与所述的处理器连接的WiFi模块，用于与用户手机连接；所述的充电基座的顶部设置第一超宽带标签天线，内部设置第一超宽带标签，所述的第一超宽带标签的信号端连接所述的第一超宽带标签天线；还包括设置在工作区域边缘的第二超宽带标签和第三超宽带标签，所述的第二超宽带标签的信号端连接第二超宽带标签天线，所述的第三超宽带标签的信号端连接第三超宽带标签天线，所述的充电基座，第二超宽带标签和第三超宽带标签等间距设置，形成一个等边三角形；所述的处理器用于执行所述的定位方法，所述的定位方法包括定位系统初始化方法和机器人自定位方法。2.根据权利要求1所述的基于超宽带技术的室外移动机器人定位系统和定位方法，其特征在于：所述的定位系统初始化方法用于所述的室外移动机器人正式使用之前建立直角坐标系，确定所述的充电基座，第二超宽带标签和第三超宽带标签的坐标，包括以下步骤：(2
‑
1)当所述的室外移动机器人位于所述的充电基座内时，所述的处理器控制所述的超宽带基站与所述的第二超宽带标签进行测距，获得距离l
02
，与所述的第三超宽带标签进行测距，获得距离l
03
；(2
‑
2)所述的室外移动机器人通过所述的WiFi模块与用户的手机建立连接，用户通过手机控制所述的室外移动机器人沿着工作区域边缘运动，进行环境边界学习；同时所述的处理器每隔固定周期T控制所述的超宽带基站分别与所述的第一超宽带标签、第二超宽带标签和第三超宽带标签进行测距，获得距离l
i1
，l
i2
，l
i3
，并进行保存，i=1，2，3.....，代表测量的序号；当所述的所述的室外移动机器人回到所述的充电基座，完成环境边界学习；(2
‑
3)对所有保存的数据，计算|l
i2
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l
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|，比较出最小值，得到i=I，|l
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l
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|为最小值；计算所述的第一超宽带标签，第二超宽带标签和第三超宽带标签组成的三角形中，以所述的第一超宽带标签为顶点的三角形角度θ=arccos{[(l
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)2+(l
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4)建立直角坐标系：以所述的第一超宽带标签为原点，以所述的第一超宽带标签和第二超宽带标签所在直线为x轴，指向所述的第二超宽带标签，因此所述的第一超宽带标签的坐标为(0,0)，所述的第二超宽带标签的坐标为(l
02
,0)，所述的第三超宽带标签的坐标为(l
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·
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·
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5)将环境边界学习过程中的测量数据l
i1
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，转换为坐标数据(x
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)：首先建立方程：(x
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)。
3.根据权利要求1或者2所述的基于超宽带技术的室外移动机器人定位系统和定位方法，其特征在于：所述的机器人自定位方法包括以下步骤：(3
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1)所述的室外移动机器人开始正常工作，所述的处理器每隔固定周期T控制所述的超宽带基站分别与所述的第一超宽带标签、第二超宽带标签和第三超宽带标签进行测距，获得距离l
k1
，l
k2
，l
k3
，并进行保存，k=1，2，3.....，代表测量的序号；(3
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2)将测量数据l
k1
，l
k2
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k3
，转换为坐标数据(x
k
,y
k
)：首先建立方程：(x
k
)2+(y
k
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k
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k3
)2解方程得到x

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ五一IntClG零一S五零二，
申请(专利权)人：杭州晶一智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：