[發明專利]一種圖書館機器人定位導航方法

有效

• 申請號: 201810402240.2
• 申請日: 2018-04-28
• 公開（公告）號: CN108762251B
• 公開（公告）日: 2020-05-26
• 發明（設計）人: 劉佳;陳力軍;黃嘉琪;張曉聰;李珍珠;嚴穎麗;郁裕杰;陳星宇
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 胡建華;于瀚文

1.一種圖書館機器人定位導航方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1，建立模糊推理系統，得到對應的推理規則；

步驟2，將圖書館機器人預定路徑中經過的RFID標簽的ID信息按順序存入列表中；

步驟3，確定圖書館機器人下一步需到達的目標RFID標簽的ID信息，并計算出圖書館機器人的前進方向，圖書館機器人開始朝下一步需到達的目標RFID標簽所在位置移動；

步驟4，圖書館機器人移動過程中，使用裝置于圖書館機器人上的兩個RFID讀取設備分別讀取放置于書架邊沿的RFID標簽，第一個RFID讀取設備的天線記為天線1，第二個RFID讀取設備的天線記為天線2，RFID讀取設備讀取的信號包括：RFID讀取設備的標號信息no，RFID標簽的ID信息id，兩個RFID讀取設備分別采集到當前讀取RFID標簽的相位差及RFID標簽的RSSI值r，以及采集到該RFID標簽的時間戳t，用五元組記錄；no取值為1或2，為1時表示第一個RFID讀取設備，為2時表示第二個RFID讀取設備；

步驟5，對于五元組中的信息進行數據預處理；

步驟6，將預處理后的五元組中的信息輸入步驟1得到的推理規則中，得到關于圖書館機器人的當前位置信息，并根據步驟2中的列表判斷是否已經到達目標RFID標簽所在位置，從而確認下一步的前進方向，以實現定位導航功能；

步驟1包括：

步驟1-1，根據模糊邏輯方法，基于RFID信號的傳播特性，建立一組雙輸入、單輸出的模糊推理系統，其中，輸入變量為同一RFID讀取設備對同一RFID標簽讀取的RFID標簽RSSI值和相位差輸出變量為圖書館機器人相對于RFID標簽的方向角α；并得出模糊推理系統對應的隸屬函數，通過隸屬函數，建立起的關系；

步驟1-2，根據步驟1-1中建立的模糊推理系統，得出模糊邏輯推理規則。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2包括：

步驟2-1，在書架邊沿每隔一定距離粘貼RFID標簽，RFID標簽的ID信息包括書架號、層數以及這一層的標號，按一定規則對所有RFID標簽進行編號，將RFID標簽的ID信息與標簽的具體位置坐標信息以及標簽的相鄰關系進行綁定，將綁定結果存入數據庫中；

步驟2-2，通過查詢數據庫，確定距離圖書館機器人預定路徑的起始位置最近的RFID標簽和終止位置最近的RFID標簽，并分別記為Tag_start和Tag_end；

步驟2-3，通過DFS深度優先算法，尋找以Tag_start標簽為起點，以Tag_end標簽為終點的最短路徑，并將路徑上經過的所有RFID標簽的ID信息按照起點到終點的順序儲存入列表中。

3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，步驟3包括：將步驟2所得的列表中第一個RFID標簽作為圖書館機器人下一步需到達的目標RFID標簽。

4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，步驟5包括：

步驟5-1，根據RFID標簽的ID信息id的不同，將id為步驟3中所得的目標RFID標簽id的Tag數據劃分成新的子集，并按照時間戳t的值升序排序；

步驟5-2，將新得到的子集按照不同的RFID讀取設備標號no分成兩個新的子集，每個子集內將步驟4所得的所有五元組數據Tag按時間戳t的值升序排序，將排序結果分別保存在四元組和中，Data1中no取值為1，Data2中no取值為2，r₁表示通過第一個RFID讀取設備采集到的當前讀取RFID標簽的RSSI值信息，表示通過第一個RFID讀取設備采集到的當前讀取RFID標簽的相位差，r₂表示通過第二個RFID讀取設備采集到的當前讀取RFID標簽的RSSI值信息，表示通過第二個RFID讀取設備采集到的當前讀取RFID標簽的相位差。

5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，步驟6包括：

步驟6-1，將步驟5中所得的兩個四元組Data1和Data2，依據步驟1中所得的推理規則和隸屬函數，分別計算得到圖書館機器人的當前位置信息Pos₁＝id₃、α₁，Pos₂＝id₄、α₂，Pos₁表示根據第一個四元組Data1計算得到的圖書館機器人的當前位置信息，其中，id₃表示根據第一個四元組Data1計算得到的當前距離機器人最近的RFID標簽的ID信息，α₁表示根據第一個四元組Data1計算得到的當前機器人相對于該RFID標簽的方位角；Pos₂表示根據第二個四元組Data2計算得到的圖書館機器人的當前位置信息，其中，id₄表示根據第二個四元組Data2算得到的當前距離機器人最近的RFID標簽的ID信息，α₂表示根據第二個四元組Data2計算得到的當前機器人相對于該RFID標簽的方位角；

步驟6-2，根據步驟6-1中所得位置信息Pos₁和Pos₂，依據如下公式更新圖書館機器人的方位角θ_rotation：

θ_rotation＝θ_{previous-＞cuurent}+θ_{current-＞goal}

其中，(x_previous,y_previous)為上一次定位時獲得的圖書館機器人位置信息，x_previous,y_previous分別表示上一次定位時獲得的圖書館機器人位置橫坐標和縱坐標，(x_goal,y_goal)為圖書館機器人的目標位置，x_goal,y_goal分別表示目標位置橫坐標和縱坐標，由目標RFID標簽的位置確定，(x_current,y_current)為圖書館機器人當前位置，x_current,y_currentl分別表示當前位置橫坐標和縱坐標，d為圖書館機器人與書架邊沿間的垂直距離，δ為噪聲誤差，θ_{previous-＞current}是指當前位置與上一次定位位置之間的方向角，θ_{current-＞goal}是指目標位置與當前位置之間的方向角，x_id1、y_id1分別表示第一個四元組Data1計算得到的圖書館機器人的當前位置橫坐標和縱坐標，x_id2、y_id2分別表示第二個四元組Data2計算得到的圖書館機器人的當前位置橫坐標和縱坐標；

步驟6-3，根據步驟6-2中所得位置信息(x_current,y_current)判斷圖書館機器人是否已到達步驟3所得下一步需到達的目標RFID標簽所在位置，若滿足(x_current,y_current)的橫坐標和縱坐標的對應差值的絕對值與(x_goal,y_goal)的橫坐標和縱坐標的對應差值的絕對值都小于threshold，則判斷已到達目標位置，若已到達，則將步驟2中列表標記的下一步需到達的目標目標RFID標簽刪除，繼續進行步驟6-4，否則，返回執行步驟4；

步驟6-4，判斷步驟2所得列表中是否還存在RFID標簽ID，若存在，則返回執行步驟3，否則，則判斷圖書館機器人已到達預定最終位置。