[发明专利]一种基于UWB的室内机器人定位方法

说明书

本发明公开了一种基于UWB的室内机器人定位方法，通过设置一个时钟基准基站，以该基站时间为准，在每次时间同步时，根据时钟基准基站对其他基站的时钟偏移进行计算，并在基站的时钟偏移基础上计算机器人和基站之间定位时的时间偏移，机器人在后续的与基站之间进行定位的过程中，根据获取的时间偏移进行时间上的修正。本发明为每个基站创建时钟模型实现了对定位信号本地到达时间的修正，提供了分散计算的方法，提高了定位的实时性；同样避免了现有技术TWR方法的本地到达时间修正中出现的占用信道时长的缺点，在节省能耗的同时，也为以后的扩展性能做铺垫。

技术领域

本发明涉及室内无线通信及机器人定位系统领域，特别涉及一种基于UWB(UltraWide Band)的室内机器人定位方法。

背景技术

智能机器人正在成为行业的风口浪尖，从清扫机器人开始，家庭陪伴机器人、送餐机器人等陆续进入公众视线。在讨论这些机器人能否解决实际问题时，自主定位导航技术作为机器人智能化的第一步正不断引起行业内的重视。

作为最具吸引力的定位技术之一，无线定位系统备受关注。UWB最近作为一种精确、安全、实时的定位技术被“重新使用”，是其他无线技术(如Wi-Fi、蓝牙和GPS)无法比拟的。

UWB技术可以达到厘米级的定位精度，由于具有较高的时间分辨率，UWB已逐渐应用于高精度室内定位领域，常见定位方法包括TOA(Time Of Arrival)、RSSI(ReceivedSignal Strength Indication)、TDOA(Time Difference Of Arrival)、AOA(Angle OfArrival)等。

鉴于UWB的高时间分辨率，主要探索的是TOA与TDOA两种方法。TOA方法需要所有设备的时钟同步，相比而言TDOA只需要基站时钟同步。对于时钟同步，可以通过有线时钟同步和无线时钟同步。当室内空间过大时，有线时钟同步需要铺设大量电缆和时钟同步器，布局繁琐，成本过高；无线时钟同步优化了布局方法，但是目前大量基于UWB的无线时钟同步，主要采用TWR(Two-Way Ranging)方法，需要双方交换大量的信息，造成信道占用很长时间，随着基站的增加，信道占用也是成倍增加，使得扩展和定位实时能力下降。

TDOA作为定位系统常用方法，除了上述问题，其系统NLOS和方程非线性问题，采用传统EKF需要将系统方程或观测方程进行Taylor展开并保留一阶近似，引入了线性化误差，计算量大不利于实际应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于UWB的室内机器人定位方法，解决现有室内机器人定位技术中存在的信道占用、标签扩展性低、环境布局复杂、计算量大的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于UWB的室内机器人定位方法，包括：

步骤1：构建室内定位系统，布置至少四个基站和一个依附于机器人上的移动标签，机器人以移动标签作为其自身的坐标点；

步骤2：将所有基站中的任一个基站作为时钟基准基站，当基站获取到机器人发送的第一个定位信号时，所有基站从零开始累加计时，记为基站工作时长，当基站接收到信号时，将当前基站工作时长作为该信号的本地到达时间；

步骤3：时钟基准基站向其他基站发射同步信号，其他基站基于同步信号本地达到时间、同步次数利用插值同步算法建立时钟模型；

机器人向所有基站发射定位信号，除时钟基准基站以外的基站基于定位信号本地到达时间、定位次数、时钟模型外推定位信号的时钟偏移；

除时钟基准基站以外的基站通过将定位信号本地到达时间减去定位信号的时钟偏移，对定位信号本地到达时间进行时钟偏移修正；