基于RFID相位特征的机器人定位方法研究

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机器人化智能制造是智能制造的未来发展重要方向。在机器人化智能制造过程中,需要解决机器人的定位问题,包括目标对象的位置信息和机器人自身的位置信息感知。作为物联网的重要组成,RFID的唯一识别属性可简化机器人对环境中目标对象等的识别过程,无需像视觉等依赖复杂的目标提取与识别算法,同时RFID具有低成本与无需光学可视等优势。利用基于RFID的定位技术以解决机器人的位置信息感知问题,将RFID的“ID传感器”和“位置传感器”属性相结合,可提高RFID的位置管理能力和机器人的位置感知水平。本学位论文系统研究了基于RFID相位特征的机器人定位模型与技术方法,取得了一些理论成果,并将理论研究应用于机器人化智能制造系统中,主要研究工作和创新点包括:提出了基于RFID解缠相位的机器人空间位置识别方法。构建了解缠相位-位置模型,将空间位置识别转化为一个非线性最优化求解问题,避免了传统方法的穷举式网格搜索过程,在保持空间位置识别精度的同时降低计算负荷。同时,分析了相位解缠中的空间采样约束,提出了基于RSSI的天线优选策略,提高空间位置识别的精度。构建了以移动机器人为合成孔径运动载体的RFID标签空间位置识别平台,验证了所提出方法的有效性和性能。建立了基于RFID相位差的机器人空间位置识别方法。揭示了RFID相位差信息和空间位置之间的内在关联特性,从理论上证实了相位差可实现空间位置识别,并建立了基于RFID相位差观测模型的机器人空间位置识别方法。将所提出的基于RFID相位差的机器人空间位置识别方法应用于移动机器人寻位中,实验表明在仅仅使用商用RFID设备时,所提出的方法能够实现移动机器人高精度自主寻位。构建了融合RFID相位差和可读性的机器人位姿识别方法。利用相位差信息的高灵敏度且无需离线标定的特性,构建了基于相位差信息的RFID定位模型,并分析了相位差与位姿之间的模糊性问题;为此,进一步提出基于RFID可读性的分类逻辑策略,抑制了相位差信息的位姿模糊性影响。将所提出的相位差模型和基于可读性的分类逻辑策略进行融合,实现了稀疏RFID标签阵列分布下移动机器人高精度位姿识别。开展了RFID定位技术在机器人化智能制造系统中的应用验证。针对机器人化智能制造系统中的出入库自动识别工程需求,结合本文研究,搭建了RFID位置识别硬件和软件系统。在汽车制造厂的总装车间工程应用现场进行了实验测试和验证,表明本文所研究的RFID定位技术在实际工程应用中具有广泛的应用前景,具有重要的现实意义。
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