一种基于RFID技术机器人定位算法.pdf

一种基于RFID 技术的机器人定位算法 2 1 1 2 王中云 ，李文锋 ，陈维克 ，张帆 1 武汉理工大学物流工程学院，湖北武汉 (430063) 2 武汉理工大学自动化学院，湖北武汉 (430070 ） 摘 要：针对室内环境下移动机器人的定位问题，提出了一种基于RFID 技术的定位方法。 RFID 读写器接收到不同距离标签信号，其信号强度的不同。利用 RSSI 来评估其接收的信 号强度，用信号传播损耗公式来计算出标签和读写器的距离，再根据读到的四个标签的坐标， 采用极大似然估计方法来计算出装备有RFID 读写器的机器人的坐标位置。通过仿真和计算 表明该定位方法比较精确。 关键词：射频识别，定位，信号强度 中图分类号：TP181 文献标识码：A 1. 引言 射频识别（RFID ）技术是从 20 世纪 80 年代起走向成熟的一项自动识别技术。它利用 射频方式进行非接触式双向通信交换数据以达到识别目的，和传统的磁卡、IC 卡相比，射 频卡最大的优点就在于非接触，因此完成识别工作时无须人工干预，适合于实现系统的自动 化且不易损坏。RFID 技术的快速发展使得其应用也在日益壮大，国家有关部门也非常重视。 科技部《中国 RFID 发展策略白皮书》正式出台，国家高技术研究发展计划（863 计划）的 RFID 重大项目全面启动，RFID 的发展及应用前景广阔。 目前，RFID 技术应用于智能机器人的研究也在不断发展。监视幼儿园孩子的机器人， 吸尘器机器人对“智能地毯”清洁卫生，商场导购机器人等等，应用 RFID 技术的机器人不断 推出。机器人在运动过程中存在自身定位的问题，而定位的方法有很多种，多采用机载传感 器定位。机器人相对定位技术主要有导航信标、主动或被动标识、地图匹配或卫星导航技术 （GPS ）等，这几种方法中，信标或标识牌技术的建设和维护成本较高，地图匹配技术处理 速度慢，GPS 只能用于室外，目前精度还很差；绝对定位的位置计算方法包括二视角法、 二视距法、模型匹配算法等。相对定位优点是机器人的位置是自我推算出来的，不需要对外 界环境的感知信息，缺点是漂移误差会随时间累积，不适于精确定位。绝对定位通过感知获 取周围环境的信息，利用各种算法来求出机器人的精确坐标，在区域内定位精度高。 本文将探讨利用 RFID 技术，通过 RF 信号传播损耗模型， 计算读写器和读到各个标签 间的距离[2] [4]，利用算法求出机器人的坐标位置。 2. 信号传播损耗模型 RFID 标签读写是通过射频信号的收发来实现的。RFID 读写器可以将读到标签的相关信 息通过串口发送给机器人。可以采用接收信号强度指示（RSSI ）来标示RF 信号在某个位置 的强度。一般来说，每个标签发出的信号的强度都是一个定值，但是当读写器与标签的距离 不一样时，接收标签发送回来的信号强度也就不一样。这种强度的衰减，称为信号的传播损 耗，它与环境有关。根据接收到信号的强度，利用理论和经验传播损耗模型，可以将传输损 耗转化为距离。下式（1）是一种对数-常态分布传播损耗模型： d （1） P ( d )[ dBm ] P ( d 0 )[ dBm ] − 10 ⋅n ⋅log( ) − X σ d 0 -1- 其中，P(d)表示读写器接收到 标签发送回来的信号强度；P(d0) 表示读写器在参考点 d0 接收到标 签发送的信号强度，所有标签的初 始发送信号强度相