"RFID技术在机器人定位系统中的应用研究"
本研究旨在解决机器人使用光电编码器计算位置坐标时产生累积误差的问题。为解决该问题,本研究提出使用 RFID 技术代替传统光电编码器,以 RSS 定位法计算目标点坐标,并结合灰色预测法对机器人旋转角度进行预测。
理论基础
1.1 接收信号强度测距法
接收信号强度是以信号功率传播模型为基础,来估测发射端与接收端的距离,无线电的电磁波在自由空间中传播,其传播距离越远,能量密度越小。当接收器在不同位置,所检测的信号强度也会不同。
1.2 灰色预测法
灰色系统理论的特点在于只需很少的历史数据,即可对系统进行建模产生灰色模型,灰色预测是以灰色模型为基础所进行的一种预测方法,以少量的历史数据求得数据未来发展情形。
系统架构
2.1 移动式机器人
本研究轮式机器人硬件架构共分为控制、电力、检测、定位四大系统,系统元件如表 1 所示。表 1 机器人系统分类表
系统分类 | 使用元件
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控制系统 | PC Controller、传感器控制模块、马达控制模块、串行端口传输模块
电力系统 | 电压转换模块、铅酸电池
检测系统 | 超音波传感器、红外线传感器
定位系统 | RFID 读写器、RFID 电子标签
2.2 RFID 系统
RFID 是一种非接触式自动识别系统,主要由读写器、电子标签、天线三个元件组成。本研究所采用读写器频率为 2.4GHz,电子标签为主动式电子标签,标签是以电池作为电源。与读写器之间是通过反向散射耦合的方式传输,该传输方式传输距离较长,工作原理如图 1 所示。
图 1 RFID 传输原理示意图
由读写器发出命令通过天线将信号发射出去,当 RFID 技术在机器人定位系统中的应用研究贾桂秋(辽宁思凯科技股份有限公司,辽宁 丹东 118002)
摘要:为解决移动式机器人使用编码器定位法所产生的累积误差,以 RFID 技术代替传统光电编码器,以接收信号强度定位法定位,计算目标点坐标,结合灰色预测法对机器人旋转角度有效预测,缩短机器人移动路径。
实验验证
实验中机器人由原点位置出发,目标点设在与机器人相距 4m,与 x 轴夹 60°角处,相当于平面坐标 (200,346.5) 的位置。如图 4 所示,机器人最终停止坐标为 (232,300.5),与目的坐标的距离误差为 56.03cm。
图 4 机器人移动距离误差
结语
本研究解决机器人因使用光电编码器计算位置坐标时产生累积误差的问题,以 RFID 技术代替传统光电编码器,使用 RSS 定位法计算目标点坐标,为避免机器人移动时不必要的旋转,导入灰色预测法计算机器人的旋转角度,提出以灰色预测法对机器人旋转角度进行预测,缩短机器人移动路径。
关键词:RFID;机器人;定位系统;导航系统