一种基于RFID的物品搜寻方法

摘要

本发明提供了一种基于RFID的物品搜寻方法，该方法是在目标物品上粘贴目标标签，内存物品的属性信息；在固定物品上粘贴参考标签来进行目标物品精确定位；在房间内安装固定式RFID系统，监控目标物品的位置变换，不在其覆盖范围内的目标物品则利用机器人本体携带的移动式RFID系统来检测。本发明本质上是在物理空间中物体与信息空间中的相应对象之间建立联系。本发明定位精度高，搜寻效率高，稳定性好，在复杂环境下仍可有效地定位和搜寻物品，即使在目标物品被遮挡的情况下，也有很高的识别率。

权利要求

1.一种基于RFID的物品搜寻方法，其特征是：

在目标物品上粘贴目标标签，内存物品的属性信息；在固定物品上粘贴参考标签来进行目标物品精确定位；在房间内安装固定式RFID系统，监控目标物品的位置变换，不在其覆盖范围内的目标物品则利用机器人本体携带的移动式RFID系统来检测。

说明书

一种基于RFID的物品搜寻方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种基于RFID(无限射频识别)的物品搜寻方法。

背景技术

[0002] 智能空间中服务机器人的主要任务之一就是为人提供各种服务，如送水，送药等，这就需要对智能空间中的物品(主要是小物品)进行管理，为机器人进行物品搜寻和物品操作提供物品的位置信息。

[0003] 由于智能空间中的物品位置经常会发生变动(如人为地移动物品)，因此必须采取有效的方法来实时监控物品的状态，及时更新智能空间中的物品信息库。这就涉及到智能空间中物品管理的两个不同的层次：物理空间和信息空间。如何在物理空间和信息空间中的相应对象之间建立对应关系是有效管理物品的关键技术之一。

[0004] 机器视觉技术是当今物品识别广泛采取的手段，然而家庭环境下的这些特点给利用机器视觉技术实现物品识别带来很多困难，首先物品种类多样化，这使得我们必须使用多种特征信息来识别这些在颜色、形状上具有差异的物品，这需要建立庞大的特征信息库；其次，由于物品的位置未知，单纯依靠机器视觉技术服务机器人只能盲目的寻找物品，如果物品和服务机器人相对位置较远，或是不在一个房间，或是光线条件不好，那么单纯依靠机器视觉技术物品的识别准确率、速度都难以保证。传统的图像处理方法无法有效地解决复杂环境下的物品定位与搜寻。

发明内容

[0005] 针对现有智能空间中机器视觉技术在物品搜寻与物品管理方面存在的识别准确率差、速度慢等问题，本发明提供一种识别准确率高、速度快的基于RFID的物品搜寻方法。

[0006] 本发明的基于RFID的物品搜寻方法是：

[0007] 在目标物品上粘贴目标标签，内存物品的属性信息；在固定物品上粘贴参考标签来进行目标物品精确定位；在房间内安装固定式RFID系统，监控目标物品的位置变换，不在其覆盖范围内的目标物品则利用机器人本体携带的移动式RFID系统来检测。

[0008] 本发明利用智能空间分布式RFID系统和机器人本体携带的RFID天线来实现对物理空间物品位置的实时检测，当物理空间的物品发生变动时，监控系统能够主动向智能空间的信息库发出信息访问的命令，本质上是在物理空间中物体与信息空间中的相应对象之间建立联系。本发明定位精度高，搜寻效率高，稳定性好，在复杂环境下仍可有效地定位和搜寻物品，即使在目标物品被遮挡的情况下，也有很高的识别率。

附图说明

[0009] 图1是RFID系统圆极化天线的识别概率模型示意图。

[0010] 图2是RFID系统及其覆盖区域示意图。

[0011] 图3是物品的监控管理流程图。

[0012] 图4为本发明与常规串行搜索算法的搜寻效率比较示意图。

具体实施方式

[0013] 图1给出了RFID系统圆极化天线的识别概率模型示意图。天线的识别范围概率模型是指当RFID系统天线固定时，天线周围区域有可能检测到电子标签的概率分布。该RFID系统圆极化天线的识别概率模型如图1所示，图1中的数据以栅格为单位，每个栅格为0.6米*0.6米。由图1可知：圆极化天线的识别范围近似为椭圆型，椭圆长轴约为5.4米，短轴长度约为4.2米。线极化天线的的长轴约为7米，短轴约为3.0米。即线极化天线的识别距离大于圆极化天线，而识别范围较窄。

[0014] 在数据库中定义的物品位置依次包含：房间号、局部区域、精确位置三项。物品搜寻时，按照搜寻范围由大到小依次寻找：机器人首先进入物品所在的房间号，然后进入物品的局部区域，最后到目标位置进行寻找。

[0015] 本发明的RFID系统包含固定式RFID系统和移动式RFID系统两大部分。

[0016] 1.固定式RFID系统

[0017] 在房间内固定M圆极化天线{Ant1，Ant2，......AntM}，并尽可能覆盖全部的房间区域，如图2所示。假定房间中有N个小物品，{Obj1，Obj2，......ObjN}，每个小物品上都贴有一个标签，标签内存储物品的属性信息。当固定式天线Antm(1≤m≤M)检测到标签Tagn(1≤n≤N)时，该标签内存储的物品信息就传送给机器人；同时也说明该物品就在天线Antk的检测范围内，我们称之为局部区域。当物品从一个区域移动到另一区域(或另一房间)时，分布式RFID系统可自动检测物品的局部区域的变化并实时更新数据库。因此通过固定式RFID系统基本可以确定物品的房间号和局部区域，即确定物品的粗略位置。

[0018] 2.移动式RFID系统

[0019] 若物品不在分布式天线的覆盖范围之内，则利用机器人巡视来解决该问题。机器人本体亦带有天线，当机器人巡视时，可以检测到固定天线覆盖不到的物品。

[0020] 室内分布式RFID系统采用圆极化天线，目的是为了尽可能地覆盖室内环境；服务机器人上安装线极化天线，确保能够检测到物品标签信息，降低遮挡情况有可能造成的影响。图2为RFID系统及其覆盖区域示意图。

[0021] 物品的监控管理流程如图3所示。机器人依次进入每个房间，按照规划好的路径进行巡视，获取房间中各物品的初始位置，将该位置(精确位置)写入数据库。同时，智能空间内分布式RFID系统也将监控到的物品所在房间、局部区域写入数据库。当物品从一个区域移动到另一区域时(包含从一房间移动到另一房间时)，分布式RFID系统可自动检测到物品局部区域的变化，并及时更新数据库。机器人搜寻物品时可根据当前数据库中的物品位置记录运动到指定区域，在该区域内局部搜寻，可提高搜寻速度。在房间内的大物品上粘贴RFID参考标签。机器人进行物品初始位置登记和搜寻物品时，对房间内的标签依次进行扫描然后分析检测到的标签序列，根据检测到的待搜寻物品标签和参考标签的序列的时序分析判断待搜寻物品所在区域。通过参考标签信息确定物品具体位置信息，并根据任务调整机器人位姿。

[0022] 从物品的定位精度和搜索效率两方面对本发明进行评估。定位精度如下表所示：

[0023] 定位精度(cm)

[0024]药品 玩具熊
实验次数
(13.5*6*9cm) (13*11*15cm)
1 408 391
2 393 364
3 414 385
4 398 381
5 410 372
6 399 359
7 424 383
8 418 384
9 410 370
10 422 361
实际位置 402 390
平均误差 10.8 15.2

[0025]

[0026] 由上表可知：本发明的方法定位精度较高，误差控制在10～16厘米。而常规定位精度误差很大，定位误差从几十厘米到几百厘米不等。

[0027] 图4给出了本发明与常规串行搜索方法的搜寻效率比较示意图。

[0028] 由图4可知：当目标物品不在固定式RFID系统的覆盖范围内时，机器人只知道物品所在的房间，这时机器人要在整个房间内实施搜寻；而当目标物品在固定式RFID系统的覆盖范围内时，机器人不仅知道目标物品所在的房间，还知道物品的局部区域，这时机器人只需要在局部区域内进行搜索即可，效率更高。总之，无论物品是否在固定式RFID系统的覆盖范围内，本发明都比常规的串行搜索方法效率更高，大约为常规方法的60％。