CN111367320A - 一种室内移动机器人的管理方法及管理系统 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及智能控制技术领域，具体公开一种室内机器人的管理方法及管理系统，包括：获取UWB基站所采集的机器人的第一测距信息，根据所述第一测距信息计算所述机器人的位姿；获取所述UWB基站所采集的目标人员的第二测距信息，所述目标人员携带有UWB标签；根据所述第二测距信息和所述位姿确定所述目标人员与所述机器人的相对位置关系；通过所述相对位置关系和运动控制指令指示所述机器人对所述目标人员进行跟随。这一过程可以获取机器人的全局中的位置信息，又可获取机器人在全局中的朝向角度，进而实现对目标人员的全向自动跟随。
Description
技术领域
本申请涉及智能控制技术领域，特别涉及一种室内移动机器人的管理方法及管理系统。
背景技术
随着位置服务(Location Based Service，LBS)的普及和深入发展，超宽带(UltraWide Band，UWB)技术因其定位精度高、抗干扰能力强、分辨率高、隐蔽性好等优势，在无线室内定位领域的应用越来越广泛。机器人在室内进行移动时一般需要对机器人进行定位或通过机器人跟随人员进行跟随，但传统的机器人定位方法运行成本高且环境适应性差，并不能满足用户的需求，
通过UWB技术实现室内机器人定位和跟随的低成本、高精度运行，但通过UWB技术对机器人进行定位时，往往仅能获取场景中机器人的绝对坐标点，所获取的有效信息较为单一，可扩展功能较少。基于UWB的机器人跟随，通过在机器人主体上放置UWB天线阵列模块或多个UWB基站，被跟随对象携带标签的方式，可实时获取被跟随对象相对于机器人的位置信息，其不足之处是只能检测二者的相对位置信息，不便于对机器人进行监测和管理。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供一种室内机器人的管理方法及管理系统以解决现有技术中通过UWB技术对室内机器人移动或跟随时所获取的位置信息单一，不方便对机器人进行管理的问题。
本申请实施例第一方面提供了一种室内移动机器人的管理方法，所述室内移动机器人的管理方法包括：
获取UWB基站所采集的机器人的第一测距信息，其中，所述机器人的不同位置处设置有至少两个UWB标签，所述UWB基站包括多个。
根据所述第一测距信息计算所述机器人的位姿，所述位姿包括所述机器人的绝对位置和所述机器人的朝向角度。
获取所述UWB基站所采集的目标人员的第二测距信息，所述目标人员携带有UWB标签。
根据所述第二测距信息和所述位姿确定所述目标人员与所述机器人的相对距离和角度关系。
通过所述相对距离和角度关系和运动控制指令指示所述机器人对所述目标人员进行跟随。
可选地，所述室内移动机器人的管理方法还包括：
在所述至少两个UWB标签中选择待检测标签。
方别获取任意两个UWB基站根据所述待检测标签所采集的所述机器人的第三测量信息。
通过三边测量法和K-Means算法对所述第三测量信息进行计算，以得到所述机器人的位置。
可选地，在所述UWB标签有两个时，所述第一测距信息包括各UWB基站接收到的第一UWB标签的测距信息和接收到的第二UWB标签的测距信息。
可选地，所述根据所述第一测距信息计算所述机器人的位姿，包括：
通过各UWB基站接收到的所述第一UWB标签的测距信息计算所述机器人的第一绝对位置。
通过各UWB基站接收到的所述第二UWB标签的测距信息计算所述机器人的第二绝对位置。
将所述第一位置和所述第二位置的中心位置处的坐标信息作为所述机器人的绝对位置；
将所述第一绝对位置和所述第二绝对位置的连线相对于全局坐标x轴的角度作为所述机器人的朝向角度。
可选地，其特征在于，所述室内移动机器人的管理方法还包括：
在所述机器人包括多个时，获取每个机器人上所设置的任意一个UWB标签的ID信息。
根据所述ID信息和所述位姿获取任意两个机器人之间的距离。
若所述任意两个机器人之间的距离小于预设距离，则发出报警信息，并重新向所述任意两个机器人下发运动作业。
本申请实施例第二方面提供了一种室内移动机器人的管理系统，所述室内移动机器人的管理系统包括：多个UWB基站、设置有至少两个UWB标签的机器人以及客户端，其中：
所述UWB基站用于采集所述机器人的第一测距信息和目标人员的第二测距信息，并将所述第一测距信息和所述第二测距信息发送到所述客户端。
所述客户端用于接收所述第一测距信息和所述第二测距信息，并根据所述第一测距信息计算所述机器人的位姿，所述位姿包括所述机器人的绝对位置和所述机器人的朝向角度；根据所述第二测距信息和所述位姿确定所述目标人员与所述机器人的相对距离和角度关系。
所述客户端还用于通过所述相对距离和角度关系和运动控制指令指示所述机器人对所述目标人员进行跟随。
可选地，所述客户端还用于：
在所述至少两个UWB标签中选择待检测标签。
分别获取任意两个UWB基站根据所述待检测标签所采集的所述机器人的第三测量信息。
通过三边测量法和K-Means算法对所述第三测量信息进行计算，以得到所述机器人的位置。
可选地，在所述UWB标签有两个时，所述第一测距信息包括各UWB基站接收到的第一UWB标签的测距信息和接收到的第二UWB标签的测距信息。
可选地，所述客户端在根据所述第一测距信息计算所述机器人的位姿时，具体用于：
通过各UWB基站接收到的所述第一UWB标签发出的测距信息计算所述机器人的第一绝对位置。
通过各UWB基站接收到的所述第二UWB标签发出的测距信息计算所述机器人的第二绝对位置。
将所述第一位置和所述第二位置的中心位置处的坐标信息作为所述机器人的绝对位置；
将所述第一绝对位置和所述第二绝对位置的连线相对于全局坐标x轴的角度作为所述机器人的朝向角度。
可选地，所述客户端还用于：
在所述机器人包括多个时，获取每个机器人上所设置的任意一个UWB标签的ID信息。
根据所述ID信息和所述位姿获取任意两个机器人之间的距离。
若所述任意两个机器人之间的距离小于预设距离，则发出报警信息，并重新向所述任意两个机器人下发运动作业。
本申请提供的实施例在对目标人员进行跟随时首先通过机器人上设置的多个UWB标签发出的测距信息确定机器人的位姿，然后根据上述目标人员携带的UWB标签发出的测距信息确定其与机器人的相对位置关系，从而根据所确定的相对位置关系和运动控制指令实现机器人对目标人员的跟随。这一过程可以获取机器人的全局位置信息，又可获取机器人在全局中的朝向角度，进而实现对目标人员的全向自动跟随。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1是本申请实施例提供的室内移动机器人的管理系统的结构示意图；
图2是本申请实施例提供的一种室内移动机器人的管理方法的实现流程示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，而不构成对本申请的限制。
为了说明本申请所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
实施例一：
图1示出了本申请实施例提供的室内移动机器人的管理系统的结构示意图，如图所示，该室内移动机器人的管理系统中包括多个UWB基站、设置有至少两个UWB标签的机器人以及客户端(即图1中的机器人管理软件)。
下面结合图1，以UWB基站有4个时，对本申请提供的室内移动机器人的管理系统的运行过程进行说明。
在UWB基站为4个时，将四个UWB基站A0、A1、A2和A3部署在室内场景中的四个角落，围成一片矩形区域。各基站分别通过时间片轮转调度的方法实现与多个UWB标签的测距，UWB标签设置在上述矩形区域内移动的机器人的不同位置处，在上述矩形区域内有人员移动并且需要令机器人对其进行跟随时，将UWB标签设置在用于根据的机器人上和被跟随的人员身上。在UWB标签具有多个时，可通过UWB标签的ID信息对其进行区分。
该室内移动机器人的管理系统中还包括客户端(其中运行有用于管理机器人的程序)，客户端获取UWB基站的测距信息，通过定位算法实现UWB标签的高精度定位。客户端还可实时监测不同机器人的绝对位置信息，实现电子围栏、到达指定区域等功能，还可进行人机交互，实现自动跟随、一键召唤等功能。
该移动机器人的管理系统运行过程如下：
所述UWB基站用于采集所述机器人的第一测距信息和目标人员的第二测距信息，并将所述第一测距信息和所述第二测距信息发送到所述客户端；
所述客户端用于接收所述第一测距信息和所述第二测距信息，并根据所述第一测距信息计算所述机器人的位姿，所述位姿包括所述机器人的绝对位置和所述机器人的朝向角度根据所述第二测距信息和所述位姿确定所述目标人员与所述机器人的相对距离和角度关系；
所述客户端还用于通过所述相对距离和角度关系和运动控制指令指示所述机器人对所述目标人员进行跟随。
本申请提供的实施例中，可在机器人头部或手臂的左右两侧各部署一个标签的方式携带两个UWB标签(如图1中的标签TR0和TR1分别设置在机器人的两手臂上)。若上述矩形区域内存在需要被跟随的人员，及上述目标人员，则让上述目标人员携带UWB标签(如图1中的标签TP)，携带UWB标签的人员或机器人在UWB基站围成的区域内移动。
在所述UWB标签有两个时，所述第一测距信息包括各UWB基站接收到的第一UWB标签的测距信息和接收到的第二UWB标签的测距信息。
所述客户端在根据所述第一测距信息计算所述机器人的位姿时，具体用于：
通过各UWB基站接收到的所述第一UWB标签的测距信息计算所述机器人的第一绝对位置；通过各UWB基站接收到的所述第二UWB标签的测距信息计算所述机器人的第二绝对位置；将所述第一位置和所述第二位置的中心位置处的坐标信息作为所述机器人的绝对位置；将所述第一绝对位置和所述第二绝对位置的连线相对于全局坐标x轴的角度作为所述机器人的朝向角度。
该系统中的任意一个UWB基站采集上述各个标签所发出的测距信息，然后将其发送到客户端，对机器人而言采集的测距信息包括标签TR0和TR1发出的测距信息，对上述目标用户而言采集的测距信息包括标签TP发出的测距信息。此时，客户端接收到UWB基站发送的第一测距信息(即对机器人的测距信息)和第二测距信息(即对目标人员的测距信息)时，分别计算标签TR0、标签TR1和标签TP的绝对位置坐标，然后将标签TR0和标签TR1的中心位置处的坐标作为机器人位置坐标。
根据机器人的位置坐标和标签TP的位置坐标确定目标人员相对于机器人的位置关系。具体地，计算目标人员相对于机器人中轴线的角度信息α，以及目标人员与机器人中心的距离d；以机器人位置坐标的中心为原点，机器人所在平面为x轴，将绝对坐标系转换为相对坐标系，计算出目标人员相对于机器人的坐标(x，y)，最终结合运动控制指令即可实现机器人对目标人员的跟随，其中，上述运动控制指令可以由用户发送到所述客户端，也可以预先存储在预设位置处，由客户端在使用时对控制指令进行调用。
本申请提供的实施例在对目标人员进行跟踪时首先通过机器人上设置的多个UWB标签发出的测距信息确定机器人的位姿，然后根据上述目标人员携带的UWB标签发出的测距信息确定其与机器人的相对位置关系，从而根据所确定的相对位置关系和运动控制指令实现机器人对目标人员的跟随。这一过程可以获取机器人的全局位置信息，又可获取机器人在全局中的朝向角度，进而实现对目标人员的全向自动跟随。
可选地，在本申请提供的另一实施例中所述客户端还用于：
在所述至少两个UWB标签中选择待检测标签；
分别获取任意两个UWB基站根据所述待检测标签所采集的所述机器人的第三测量信息；
通过三边测量法和K-Means算法对所述第三测量信息进行计算，以得到所述机器人的位置。
具体地，若需要对机器人进行定位或者对上述系统中移动的人员进行定位时，也可以在机器人或移动人员上设置两个或一个UWB标签，对于设置有多个UWB标签的机器人可以根据UWB标签的ID信息，从中任意选择一个，获取所选择的UWB标签的测距信息，根据该测距信息实现对机器人的定位。例如在图1中的UWB基站A0、A1、A2和A3固定在环境中的四个角落，围成矩形UWB信道区域内，携带标签的机器人在该区域内移动，各基站通过UWB信号实现与标签的测距；利用一组基站对A0、A1与机器人上的一个UWB标签，通过三边测量定位算法得到该标签坐标的两个解，其中一个为有效解，另一个为无效解，若无解则在一定范围内扩大测量距离，直到得到两个解为止；同理可得到其它基站对与该标签的坐标解，由于测距误差的存在有效解不可能相交于同一点，因此采用K-Means聚类算法获取有效解的集合，该集合的中心即为UWB标签的定位坐标，聚类个数K由选取的基站对个数决定。该步骤中使用三边测量算法和K-Means算法实现UWB高精度定位，通过无监督学习的方式选取有效点并获取定位结果，只需提供算法接口的参数，无需过多的人为干预。
可选地，在本申请提供的另一实施例中，所述客户端还用于：
在所述机器人包括多个时，获取每个机器人上所设置的任意一个UWB标签的ID信息；
根据所述ID信息和所述位姿获取任意两个机器人之间的距离；
若所述任意两个机器人之间的距离小于预设距离，则发出报警信息，并重新向所述任意两个机器人下发运动作业。
本申请提供的实施例中若系统中包含多个移动的机器人，为防止机器人之间在移动过程中出现碰撞的情况，根据每个机器人上设置的UWB标签监测机器人之间的距离，然后设置安全距离阈值，在两个机器人距离较近时发出警报并重新下发运动作业。另外，如图1所示通过UWB信道内设置停放区域，在机器人电量不足时自主运动到充电区域，通过设置电子围栏，在机器人靠近禁止进入区域时发出警报。利用UWB标签的高精度定位和机器人位姿状态感知，可实时监控场景内的多机器人和多人员的运动状态，便于机器人的统一管理和调度。
本申请提供的实施例中在UWB硬件资源一定的条件下，通过UWB基站和UWB标签特殊的部署方式，实现多机器人的位姿状态感知，集成移动机器人的定位、跟随和调度功能于一身，实现机器人的多功能、一体化管理，并提高硬件设备的利用率。
实施例二：
图2示出了本申请实施例提供的一种室内机器人的管理系统的实现流程示意图，包括步骤S21-步骤S24，其中：
步骤S21，获取UWB基站所采集的机器人的第一测距信息，其中，所述机器人的不同位置处设置有至少两个UWB标签，所述UWB基站包括多个。
步骤S22，根据所述第一测距信息计算所述机器人的位姿，所述位姿包括所述机器人的绝对位置和所述机器人的朝向角度。
步骤S23，获取所述UWB基站所采集的目标人员的第二测距信息，所述目标人员携带有UWB标签。
步骤S24，根据所述第二测距信息和所述位姿确定所述目标人员与所述机器人的相对距离和角度关系。
步骤S25，通过所述相对距离和角度关系和运动控制指令指示所述机器人对所述目标人员进行跟随。
可选地，所述室内移动机器人的管理方法还包括：
在所述至少两个UWB标签中选择待检测标签；
分别获取任意两个UWB基站根据所述待检测标签所采集的所述机器人的第三测量信息；
通过三边测量法和K-Means算法对所述第三测量信息进行计算，以得到所述机器人的位置。
可选地，在所述UWB标签有两个时，所述第一测距信息包括各UWB基站接收到的第一UWB标签的测距信息和接收到的第二UWB标签的测距信息。
可选地，所述根据所述第一测距信息计算所述机器人的位姿，包括：
通过各UWB基站接收到的所述第一UWB标签的测距信息计算所述机器人的第一绝对位置；
通过各UWB基站接收到的所述第二UWB标签的测距信息计算所述机器人的第二绝对位置；
将所述第一位置和所述第二位置的中心位置处的坐标信息作为所述机器人的绝对位置；
将所述第一绝对位置和所述第二绝对位置的连线相对于全局坐标x轴的角度作为所述机器人的朝向角度。
可选地，其特征在于，所述室内移动机器人的管理方法还包括：
在所述机器人包括多个时，获取每个机器人上所设置的任意一个UWB标签的ID信息；
根据所述ID信息和所述位姿获取任意两个机器人之间的距离；
若所述任意两个机器人之间的距离小于预设距离，则发出报警信息，并重新向所述任意两个机器人下发运动作业。
上述各个步骤的实现过程参见实施例一中室内移动机器人的管理系统的运行过程，在此不再赘述。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种室内移动机器人的管理方法，其特征在于，所述室内移动机器人的管理方法包括：
获取UWB基站所采集的机器人的第一测距信息，其中，所述机器人的不同位置处设置有至少两个UWB标签，所述UWB基站包括多个；
根据所述第一测距信息计算所述机器人的位姿，所述位姿包括所述机器人的绝对位置和所述机器人的朝向角度；
获取所述UWB基站所采集的目标人员的第二测距信息，所述目标人员携带有UWB标签；
根据所述第二测距信息和所述位姿确定所述目标人员与所述机器人的相对距离和角度关系；
通过所述相对距离和角度关系和运动控制指令指示所述机器人对所述目标人员进行跟随。
2.如权利要求1所述的室内移动机器人的管理方法，其特征在于，所述室内移动机器人的管理方法还包括：
在所述至少两个UWB标签中选择待检测标签；
分别获取任意两个UWB基站根据所述待检测标签所采集的所述机器人的第三测量信息；
通过三边测量法和K-Means算法对所述第三测量信息进行计算，以得到所述机器人的位置。
3.如权利要求1所述的室内移动机器人的管理方法，其特征在于，在所述UWB标签有两个时，所述第一测距信息包括各UWB基站接收到的第一UWB标签的测距信息和接收到的第二UWB标签的测距信息。
4.如权利要求3所述的室内移动机器人的管理方法，其特征在于，所述根据所述第一测距信息计算所述机器人的位姿，包括：
通过各UWB基站接收到的所述第一UWB标签的测距信息计算所述机器人的第一绝对位置；
通过各UWB基站接收到的所述第二UWB标签的测距信息计算所述机器人的第二绝对位置；
将所述第一位置和所述第二位置的中心位置处的坐标信息作为所述机器人的绝对位置；
将所述第一绝对位置和所述第二绝对位置的连线相对于全局坐标x轴的角度作为所述机器人的朝向角度。
5.如权利要求1-4任一项所述的室内移动机器人的管理方法，其特征在于，所述室内移动机器人的管理方法还包括：
在所述机器人包括多个时，获取每个机器人上所设置的任意一个UWB标签的ID信息；
根据所述ID信息和所述位姿获取任意两个机器人之间的距离；
若所述任意两个机器人之间的距离小于预设距离，则发出报警信息，并重新向所述任意两个机器人下发运动作业。
6.一种室内移动机器人的管理系统，其特征在于，所述室内移动机器人的管理系统包括：多个UWB基站、设置有至少两个UWB标签的机器人以及客户端，其中：
所述UWB基站用于采集所述机器人的第一测距信息和目标人员的第二测距信息，并将所述第一测距信息和所述第二测距信息发送到所述客户端；
所述客户端用于接收所述第一测距信息和所述第二测距信息，并根据所述第一测距信息计算所述机器人的位姿，，所述位姿包括所述机器人的绝对位置和所述机器人的朝向角度；根据所述第二测距信息和所述位姿确定所述目标人员与所述机器人的相对距离和角度关系；
所述客户端还用于通过所述相对距离和角度关系和运动控制指令指示所述机器人对所述目标人员进行跟随。
7.如权利要求6所述的室内移动机器人的管理系统，其特征在于，所述客户端还用于：
在所述至少两个UWB标签中选择待检测标签；
分别获取任意两个UWB基站根据所述待检测标签所采集的所述机器人的第三测量信息；
通过三边测量法和K-Means算法对所述第三测量信息进行计算，以得到所述机器人的位置。
8.如权利要求6所述的室内移动机器人的管理系统，其特征在于，在所述UWB标签有两个时，所述第一测距信息包括各UWB基站接收到的第一UWB标签的测距信息和接收到的第二UWB标签的测距信息。
9.如权利要求8所述的室内移动机器人的管理系统，其特征在于，所述客户端在根据所述第一测距信息计算所述机器人的位姿时，具体用于：
通过各UWB基站接收到的所述第一UWB标签的测距信息计算所述机器人的第一绝对位置；
通过各UWB基站接收到的所述第二UWB标签的测距信息计算所述机器人的第二绝对位置；
将所述第一位置和所述第二位置的中心位置处的坐标信息作为所述机器人的绝对位置；
将所述第一绝对位置和所述第二绝对位置的连线相对于全局坐标x轴的角度作为所述机器人的朝向角度。
10.如权利要求6-9任一项所述的室内移动机器人的管理系统，其特征在于，所述客户端还用于：
在所述机器人包括多个时，获取每个机器人上所设置的任意一个UWB标签的ID信息；
根据所述ID信息和所述位姿获取任意两个机器人之间的距离；
若所述任意两个机器人之间的距离小于预设距离，则发出报警信息，并重新向所述任意两个机器人下发运动作业。
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