本發(fā)明涉及貨架定位，具體涉及一種機器人匹配智能貨架的動態(tài)定位方法、系統(tǒng)、設(shè)備及介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷進步，智能貨架的智能化和自動化水平將不斷提升，通過作為高效物流工具的分體式配送機器人運輸裝載物品的智能貨架，實現(xiàn)自動化的貨物存取、盤點和庫存管理，具體的工作流程為將智能貨架擺放在指定位置，用戶選擇貨架的任務起點和任務終點，機器人根據(jù)起點和終點位置完成智能貨架的運輸任務，使得智能貨架廣泛應用于工廠、倉庫和醫(yī)院等場景。

2、然而，現(xiàn)有技術(shù)中機器人同智能貨架間的配合仍存在部分缺陷：

3、(1)用戶操作復雜：用戶需要手動選擇智能貨架的起點，當智能貨架數(shù)量較多時，操作繁瑣且容易出錯；

4、(2)智能貨架定位不準：由于外界干擾，智能貨架可能脫離預設(shè)位置，導致機器人無法準確識別智能貨架所在位置，影響搬運任務的順利執(zhí)行；

5、(3)異?；謴屠щy：在運輸過程中，如果智能貨架因異常脫離機器人，機器人可能難以在嘗試自動恢復任務時找到智能貨架的位置。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種機器人匹配智能貨架的動態(tài)定位方法、系統(tǒng)、設(shè)備及介質(zhì)。

2、本發(fā)明第一方面公開了一種機器人匹配智能貨架的動態(tài)定位方法，包括：

3、預設(shè)貨架參照物初始化機器人坐標，采集參照特征更新目標貨架位于機器人坐標系內(nèi)的初始坐標；

4、若未獲得參照特征，則目標貨架向周圍區(qū)域內(nèi)的臨近設(shè)備廣播坐標查詢請求，根據(jù)目標貨架接收的響應信號通過多點定位算法計算目標貨架的目標坐標，在機器人坐標系內(nèi)實時更新目標坐標；

5、根據(jù)目標貨架的運動狀態(tài)數(shù)據(jù)計算目標貨架位于地圖上的移動路徑，根據(jù)移動路徑和初始位置確定目標貨架的運動坐標，將運動坐標實時更新至坐標系中補充目標位置坐標間的運動關(guān)系；

6、若監(jiān)測到目標貨架脫離機器人，則機器人啟動尋回機制重新定位并對接目標貨架。

7、在一個可選的實施例中，所述預設(shè)貨架參照物初始化機器人坐標，包括：

8、根據(jù)目標區(qū)域地圖創(chuàng)建機器人的初始坐標系，通過圖像設(shè)備記錄目標區(qū)域內(nèi)的參照物圖像和標記物圖像，根據(jù)參照物圖像和標記物圖像生成參照特征保存并標注于初始坐標系中。

9、在一個可選的實施例中，所述采集參照特征更新目標貨架位于機器人坐標系內(nèi)的初始坐標，包括：

10、通過貨架配載的圖像采集設(shè)備獲取貨架周圍區(qū)域的參照圖像，根據(jù)參照圖像提取參照特征并對機器人地圖的初始坐標系進行位置識別，獲得貨架初始位置。

11、在一個可選的實施例中，所述若未獲得參照特征，則目標貨架向周圍區(qū)域內(nèi)的臨近設(shè)備廣播坐標查詢請求，根據(jù)目標貨架接收的響應信號通過多點定位算法計算目標貨架的目標坐標，包括：

12、接收至少三個響應信號返回的相對坐標信息、信號強度以及信號傳播延遲，對每一個信號源點均基于信號強度和基于信號傳播延遲計算目標貨架同信號源點的相對距離，通過相對距離和相對坐標采用三角定位法確定目標貨架的位置坐標，根據(jù)最小二乘法對位置坐標進行定位修正輸出目標坐標；

13、所述基于信號強度計算貨架同信號源點的相對距離采用rss?i計算公式，表示為其中di表示目標貨架同第i個信號源點間的距離，a表示參考距離的rssi值，rssii表示目標貨架接收到第i個信號源的信號強度，n表示路徑損耗指數(shù)；

14、所述基于信號傳播延遲計算目標貨架同信號源點的相對距離采用tdoa計算公式，表示為其中dij表示目標貨架到第i個信號源和第j個信號源之間的距離，c表示信號傳播速度，tdoai表示第i個信號源和第j個信號源之間信號傳播的時間差；

15、所述三角定位法采用距離公式計算目標貨架的位置坐標，根據(jù)貨架距離和信號強度對位置坐標進行加權(quán)最小二乘法優(yōu)化，輸出每一次廣播后的目標坐標，對每一次廣播獲得的目標坐標采用誤差修正法持續(xù)迭代更新。

16、在一個可選的實施例中，所述在機器人坐標系內(nèi)實時更新目標坐標，包括：

17、根據(jù)氣壓傳感器采集的氣壓變化數(shù)據(jù)確定單位時間內(nèi)目標貨架位置環(huán)境的氣壓變化率，根據(jù)單位時間內(nèi)目標坐標的位置更新和氣壓變化率定位貨架位于z軸方向上的位置坐標，以確定目標貨架的樓層定位。

18、在一個可選的實施例中，所述根據(jù)目標貨架的運動狀態(tài)數(shù)據(jù)計算目標貨架位于地圖上的移動路徑，根據(jù)移動路徑和初始位置確定目標貨架的運動坐標，包括

19、響應于貨架的運動狀態(tài)變化，接收慣性傳感器在三軸方向上采集貨架的加速度和角速度，根據(jù)角速度積分獲得方向角和加速度的旋轉(zhuǎn)矩陣將采集運動狀態(tài)數(shù)據(jù)由傳感器坐標系轉(zhuǎn)換為機器人坐標系，根據(jù)運動狀態(tài)數(shù)據(jù)分別積分計算貨架速度和貨架位置，根據(jù)貨架速度和貨架位置更新貨架的運動軌跡，對積分計算的累積誤差定期修正運動軌跡的軌跡漂移，所述運動軌跡包括若干個貨架的運動坐標，所述定期修正包括視覺定位、通信定位和機器人輔助信息定位；

20、所述貨架速度的計算公式表示為：

21、vx(t)＝vx(0)+∫0tax(τ)dτ

22、vy(t)＝vy(0)+∫0tay(τ)dτ

23、vz(t)＝vz(0)+∫0taz(τ)dτ

24、其中，vx(0)、vy(0)、vz(0)分別表示貨架位于x軸、y軸和z軸上的初速度，ax、ay、az分別表示貨架位于x軸、y軸和z軸上的加速度，vx(t)、vy(t)、vz(t)分別表示貨架位于x軸、y軸和z軸上的速度，t表示傳感器采集運動狀態(tài)數(shù)據(jù)的時刻；

25、所述貨架位置的計算公式表示為：

26、x(t)＝x(0)+∫0tvx(τ)dτ

27、y(t)＝y(tǒng)(0)+∫0tvy(τ)dτ

28、z(t)＝z(0)+∫0tvz(τ)dτ

29、其中，x(0)、y(0)、z(0)表示貨架采集運動狀態(tài)時刻對應的位置坐標，vx、vy、vz表示貨架在初始時刻到t時刻在x軸、y軸和z軸方向上的速度，x(t)、y(t)、z(t)表示貨架在t時刻位于x軸、y軸和z軸方向上的位置坐標。

30、在一個可選的實施例中，所述若監(jiān)測到目標貨架脫離機器人，則機器人啟動尋回機制重新定位并對接目標貨架，包括：

31、響應于目標貨架脫離機器人，機器人采用激光雷達和深度相機掃描周圍區(qū)域以識別目標貨架；

32、若已識別，則根據(jù)識別目標貨架位置重新對接目標貨架恢復運載任務；

33、若未識別，則查詢目標貨架的目標坐標和運動坐標確定目標貨架的位置，機器人根據(jù)位置導航至目標貨架處通過傳感器二次定位目標貨架的精確位置重新對接目標貨架并恢復運載任務。

34、本發(fā)明第二方面公開了一種機器人匹配智能貨架的動態(tài)定位系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

35、初始化模塊,用于預設(shè)貨架參照物初始化機器人坐標，采集參照特征更新目標貨架位于機器人坐標系內(nèi)的初始坐標；

36、位置定位模塊，用于若未獲得參照特征，則目標貨架向周圍區(qū)域內(nèi)的臨近設(shè)備廣播坐標查詢請求，根據(jù)目標貨架接收的響應信號通過多點定位算法計算目標貨架的目標坐標，在機器人坐標系內(nèi)實時更新目標坐標；

37、運動定位模塊，用于根據(jù)目標貨架的運動狀態(tài)數(shù)據(jù)計算目標貨架位于地圖上的移動路徑，根據(jù)移動路徑和初始位置確定目標貨架的運動坐標，將運動坐標實時更新至坐標系中補充目標位置坐標間的運動關(guān)系；

38、異常維護模塊，用于若監(jiān)測到目標貨架脫離機器人，則機器人啟動尋回機制重新定位并對接目標貨架。

39、在一個可選的實施例中，所述初始化模塊包括：

40、初始化坐標模塊，用于根據(jù)目標區(qū)域地圖創(chuàng)建機器人的初始坐標系，通過圖像設(shè)備記錄目標區(qū)域內(nèi)的參照物圖像和標記物圖像，根據(jù)參照物圖像和標記物圖像生成參照特征保存并標注于初始坐標系中。

41、在一個可選的實施例中，所述初始化模塊包括：

42、初定位模塊，用于通過貨架配載的圖像采集設(shè)備獲取貨架周圍區(qū)域的參照圖像，根據(jù)參照圖像提取參照特征并對機器人地圖的初始坐標系進行位置識別，獲得貨架初始位置。

43、在一個可選的實施例中，所述位置定位模塊包括：

44、廣播多點定位模塊，用于接收至少三個響應信號返回的相對坐標信息、信號強度以及信號傳播延遲，對每一個信號源點均基于信號強度和基于信號傳播延遲計算目標貨架同信號源點的相對距離，通過相對距離和相對坐標采用三角定位法確定目標貨架的位置坐標，根據(jù)最小二乘法對位置坐標進行定位修正輸出目標坐標；所述基于信號強度計算貨架同信號源點的相對距離采用rss?i計算公式，表示為其中di表示目標貨架同第i個信號源點間的距離，a表示參考距離的rssi值，rssii表示目標貨架接收到第i個信號源的信號強度，n表示路徑損耗指數(shù)；所述基于信號傳播延遲計算目標貨架同信號源點的相對距離采用tdoa計算公式，表示為其中dij表示目標貨架到第i個信號源和第j個信號源之間的距離，c表示信號傳播速度，tdoai表示第i個信號源和第j個信號源之間信號傳播的時間差；所述三角定位法采用距離公式計算目標貨架的位置坐標，根據(jù)貨架距離和信號強度對位置坐標進行加權(quán)最小二乘法優(yōu)化，輸出每一次廣播后的目標坐標，對每一次廣播獲得的目標坐標采用誤差修正法持續(xù)迭代更新。

45、在一個可選的實施例中，所述位置定位模塊包括：

46、樓層定位模塊，用于根據(jù)氣壓傳感器采集的氣壓變化數(shù)據(jù)確定單位時間內(nèi)目標貨架位置環(huán)境的氣壓變化率，根據(jù)單位時間內(nèi)目標坐標的位置更新和氣壓變化率定位貨架位于z軸方向上的位置坐標，以確定目標貨架的樓層定位。

47、在一個可選的實施例中，所述運動定位模塊包括：

48、運動計算模塊，用于響應于貨架的運動狀態(tài)變化，接收慣性傳感器在三軸方向上采集貨架的加速度和角速度，根據(jù)角速度積分獲得方向角和加速度的旋轉(zhuǎn)矩陣將采集運動狀態(tài)數(shù)據(jù)由傳感器坐標系轉(zhuǎn)換為機器人坐標系，根據(jù)運動狀態(tài)數(shù)據(jù)分別積分計算貨架速度和貨架位置，根據(jù)貨架速度和貨架位置更新貨架的運動軌跡，對積分計算的累積誤差定期修正運動軌跡的軌跡漂移，所述運動軌跡包括若干個貨架的運動坐標，所述定期修正包括視覺定位、通信定位和機器人輔助信息定位；

49、所述貨架速度的計算公式表示為：

50、vx(t)＝vx(0)+∫0tax(τ)dτ

51、vy(t)＝vy(0)+∫0tay(τ)dτ

52、vz(t)＝vz(0)+∫0taz(τ)dτ

53、其中，vx(0)、vy(0)、vz(0)分別表示貨架位于x軸、y軸和z軸上的初速度，ax、ay、az分別表示貨架位于x軸、y軸和z軸上的加速度，vx(t)、vy(t)、vz(t)分別表示貨架位于x軸、y軸和z軸上的速度，t表示傳感器采集運動狀態(tài)數(shù)據(jù)的時刻；

54、所述貨架位置的計算公式表示為：

55、x(t)＝x(0)+∫0tvx(τ)dτ

56、y(t)＝y(tǒng)(0)+∫0tvy(τ)dτ

57、z(t)＝z(0)+∫0tvz(τ)dτ

58、其中，x(0)、y(0)、z(0)表示貨架采集運動狀態(tài)時刻對應的位置坐標，vx、vy、vz表示貨架在初始時刻到t時刻在x軸、y軸和z軸方向上的速度，x(t)、y(t)、z(t)表示貨架在t時刻位于x軸、y軸和z軸方向上的位置坐標。

59、在一個可選的實施例中，所述異常維護模塊包括：

60、貨架尋回模塊，用于響應于目標貨架脫離機器人，機器人采用激光雷達和深度相機掃描周圍區(qū)域以識別目標貨架；若已識別，則根據(jù)識別目標貨架位置重新對接目標貨架恢復運載任務；若未識別，則查詢目標貨架的目標坐標和運動坐標確定目標貨架的位置，機器人根據(jù)位置導航至目標貨架處通過傳感器二次定位目標貨架的精確位置重新對接目標貨架并恢復運載任務。

61、本發(fā)明第三方面公開了一種機器人匹配智能貨架的動態(tài)定位設(shè)備，包括：

62、至少一個處理器，以及，

63、與所述至少一個處理器通信連接的存儲器；其中，

64、所述存儲器存儲有可被所述至少一個處理器執(zhí)行的指令，所述指令被所述至少一個處理器執(zhí)行，以使所述至少一個處理器能夠執(zhí)行如本發(fā)明第一方面公開的任一項所述的機器人匹配智能貨架的動態(tài)定位方法。

65、本發(fā)明第四方面公開了一種計算機可讀存儲介質(zhì)，所述計算機可讀存儲介質(zhì)存儲有計算機可執(zhí)行指令，所述計算機可執(zhí)行指令用于使計算機執(zhí)行如本發(fā)明第一方面公開的任一項所述的機器人匹配智能貨架的動態(tài)定位方法。

66、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

67、本發(fā)明提出了一種機器人匹配智能貨架的動態(tài)定位方法、系統(tǒng)、設(shè)備及介質(zhì)，方法包括：預設(shè)貨架參照物初始化機器人坐標，采集參照特征更新目標貨架位于機器人坐標系內(nèi)的初始坐標；若未獲得參照特征，則目標貨架向周圍區(qū)域內(nèi)的臨近設(shè)備廣播坐標查詢請求，根據(jù)目標貨架接收的響應信號通過多點定位算法計算目標貨架的目標坐標，在機器人坐標系內(nèi)實時更新目標坐標；根據(jù)目標貨架的運動狀態(tài)數(shù)據(jù)計算目標貨架位于地圖上的移動路徑，根據(jù)移動路徑和初始位置確定目標貨架的運動坐標，將運動坐標實時更新至坐標系中補充目標位置坐標間的運動關(guān)系；若監(jiān)測到目標貨架脫離機器人，則機器人啟動尋回機制重新定位并對接目標貨架。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：結(jié)合多傳感器提升智能貨架定位的精準性和可靠性；自動識別智能貨架實際坐標，減少用戶手動操作的復雜性；提供跨樓層運輸場景的支持，滿足復雜環(huán)境需求；智能貨架異常情況下脫離，機器人可自主尋回智能貨架恢復任務，大幅提升機器人定位智能貨架的魯棒性和用戶體驗，同時支持多樓層、復雜環(huán)境下的智能貨架定位需求，滿足工廠、倉庫和醫(yī)院等場景的多樣化應用。