一种基于UWBLOC技术的机器人自主跟随人的方法
1、第一步 如下图所示在机器人小车上安装上3个华星智控的UWBLOC跟随模块,三个模块安装为等咐搭趔涮边三角形,安装在同一个平面上。人和机器人处在同样环境中,身上穿戴有一个UWBLOC跟随模块传感器作为标签,假设人初始时刻已被机器人锁定。3个基站按等边三角形三个顶点位置固定在移动机器人上,用来发射UWB信号,标签接收到信号后,通过TOA算法可算出标签分别距3个基站的距离,并通过几何运算得到人相对于机器人的位置。
2、第2步 机器人和人所处的环境是三维空间,以机器人本身为参考系建立一个局部坐标系统。如图下图所示,定义3个基站位置距离AB、BC、AC均为a;定义BC边上的高所在延长线为y轴,y轴正向与机器人自身的方向一致;3个基站构成的等边三角形AB边的中点为O(0,0,0);标签坐标为M(x,y,z),其中z为标签到基站所在水平面的高度;等边三角形的中心为H。
3、第3步 根据3个基站到标签的距离,通过解析几何可以算出标签M在等边三角形所在平面的投影M点到等边三角形中心的距离:L=MH=(d1桃轾庾殇4+d24+d34-d12d22-d12d32-d22d32)÷(3a2)(1)标签M在等边三角形所在平面的投影M′点与等边三角形中心H点的连线,即MH与y轴的夹角即方位角:θ=∠MHA=arctan(3(d32-d22)÷(-2d12+d22+d32))(2)由此,人的位置坐标可以表示为(L,θ),即确定出人相对于机器人的位置信息,所得位置误差范围在±100mm以内,位置信息基于机器人和人直接计算,不存在累积误差。
4、第4步利用人相对于机器人的坐标,机器人实现跟随的步骤为:①机器人根据人的位置坐标,解算出人在以机器人本身为参考坐标系中x,y方向的偏移量;②机器人在x方向上移动,最终使人在坐标系中x方向的偏移量为零;③机器人在y方向上移动,最终使人在坐标系中y方向的偏移量为零;④当人在坐标系中x,y方向的偏移量都为零时,即机器人此时到达人的位置,从而实现跟随。