專利名稱：智能跟蹤助力行李架的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種自動(dòng)控制的能夠拖動(dòng)行李行走的行李架，屬于行李架技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
人們外出旅行時(shí)，所需用品通常放置在行李架上托運(yùn)，現(xiàn)用的各種行李架或行李 箱都必須靠人力拖行，費(fèi)力且不方便，尤其是對(duì)老人及殘障人士來說更為不便。隨著社會(huì)的 發(fā)展與不斷進(jìn)步，人們的生活質(zhì)量也越來越高，智能化是一大趨勢(shì)。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有行李架存在的靠人力拖行、費(fèi)力不便的問題，提供一種能夠 智能跟蹤、自動(dòng)行走、使用方便的智能跟蹤助力行李架。該智能跟蹤助力行李架，在跟蹤 模式下能夠識(shí)別特定人員并且實(shí)現(xiàn)自主跟蹤，在助力模式下可應(yīng)用于擁擠或環(huán)境復(fù)雜情況 下。 本實(shí)用新型的智能跟蹤助力行李架采用以下技術(shù)方案 該智能跟蹤助力行李架，包括行李架本體和手持裝置兩大部分，行李架本體上安 裝有紅外接收模塊、超聲波測(cè)距模塊、無線接收模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、報(bào)警及狀態(tài)顯示模塊、 手調(diào)電位器、單片機(jī)和行走機(jī)構(gòu)，紅外接收模塊、超聲波測(cè)距模塊、無線接收模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng) 模塊、報(bào)警及狀態(tài)顯示模塊均與單片機(jī)連接，手調(diào)電位器安裝在行李架本體前部的伸縮拉 桿上，與單片機(jī)連接，行走機(jī)構(gòu)包括安裝在行李架本體前后部的兩個(gè)主動(dòng)輪和兩個(gè)從動(dòng)輪， 每個(gè)主動(dòng)輪與一個(gè)電機(jī)直接連接，電機(jī)安裝在行李架本體的底部；手持裝置上設(shè)有紅外發(fā) 射模塊、無線發(fā)射模塊和按鍵，按鍵與無線發(fā)射模塊連接。 上述行李架有跟蹤模式與助力模式兩種工作模式，其中跟蹤模式是使用者手持或 腰掛手持裝置，通過手持裝置中紅外發(fā)射模塊發(fā)出經(jīng)調(diào)制后的56. 9k的紅外信號(hào)，照射到 安裝在行李架體前方的紅外接收裝置上，紅外接收裝置將接收到的信號(hào)傳給單片機(jī)，單片 機(jī)根據(jù)接收到信號(hào)的情況，按照一定的算法，確定使用者偏離行李架體的角度，單片機(jī)發(fā)送 控制信號(hào)給電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊控制兩個(gè)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，從而使行李架體保持正對(duì) 紅外信號(hào)發(fā)射源。同時(shí)，行李架上的超聲波測(cè)距模塊測(cè)量行李架體與其前方使用者或障礙 物的距離，當(dāng)與使用者的距離達(dá)到一定值時(shí)，行李架體就會(huì)停止行進(jìn)，這樣就能使行李架在 跟蹤使用者的同時(shí)保持一定的距離。行李架體能夠始終保持一定的距離自動(dòng)跟蹤使用者且 有避障的功能，當(dāng)遇到意外情況發(fā)生信號(hào)源丟失時(shí)，會(huì)通過報(bào)警及狀態(tài)顯示模塊自動(dòng)報(bào)警。 在助力模式下，使用者手拉行李架體前部的可伸縮拉桿，手調(diào)電位器安裝在可伸縮拉桿上， 轉(zhuǎn)動(dòng)手調(diào)電位器上的調(diào)速旋鈕，可根據(jù)自己的行走速度來自由的調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的速度，不 僅在平地上可以行走，在樓梯上行走也可以采取這種模式。兩種模式適合不同的環(huán)境，可根 據(jù)情況適當(dāng)切換，增強(qiáng)了其環(huán)境適應(yīng)能力。模式的更換是靠手持裝置中的按鍵來無線操作 的，方便簡(jiǎn)單。使用者手中按鍵的信息通過無線發(fā)射模塊發(fā)送出去，行李架上的無線接收模塊接收到信息，傳給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)信息情況，來更改行李架的工作模式，包括跟蹤模 式、助力模式及停止、手動(dòng)調(diào)節(jié)。 確定使用者偏離行李架體的角度的跟蹤算法采用了數(shù)據(jù)融合的方法，具體過程如 下 首先，三個(gè)超聲波測(cè)量的距離若有任何一個(gè)小于550mm則行李架停止，這樣主要 是為了使行李架與使用者之間保持一定的距離，達(dá)到這個(gè)距離就該停止，另外還有避障的 功能，有障礙物也會(huì)停下來，這樣就產(chǎn)生了一個(gè)問題，此時(shí)可通過按鍵s4來手動(dòng)調(diào)節(jié)恢復(fù) 正常狀態(tài)。當(dāng)然，這種意外情況很少發(fā)生。 其次，若無上述情況，再考慮測(cè)量的偏離角度，若偏離角度在死區(qū)(-15° 15° ) 設(shè)置范圍之內(nèi)，則行李架直行。設(shè)置死區(qū)的目的是消除系統(tǒng)的振蕩，在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，偏離角 度較小時(shí)，行李架很容易左右擺動(dòng)。當(dāng)直行時(shí)，也考慮到了距離的數(shù)據(jù)，此時(shí)參考的是中間 位置聲納s的數(shù)據(jù)，因?yàn)樗钦龑?duì)前方的。距離大，則直行速度大；距離小則直行速度小。 這樣，使行李架盡快跟蹤上使用者。 再次，若無上述兩種情況，就考慮偏離角度，讓行李架轉(zhuǎn)彎。偏離角度與轉(zhuǎn)彎速度 之間是線性關(guān)系，偏離角度越大，轉(zhuǎn)彎速度越大。 本實(shí)用新型通過紅外信號(hào)的發(fā)射與接收，以及單片機(jī)的自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)了行李架的 智能跟蹤和自動(dòng)行走，在跟蹤模式下能夠識(shí)別特定人員并且實(shí)現(xiàn)自主跟蹤，在助力模式下 可應(yīng)用于擁擠或環(huán)境復(fù)雜情況下。

圖1是本實(shí)用新型行李架的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是本實(shí)用新型中的行李架本體的結(jié)構(gòu)框圖。 圖3是本實(shí)用新型中的手持裝置的結(jié)構(gòu)框圖。 圖4是本實(shí)用新型中紅外接收模塊的電路原理圖。 圖5是紅外接收模塊上紅外接收頭的分布示意圖。 圖6是本實(shí)用新型中超聲波測(cè)距模塊與單片機(jī)的電路連接原理圖。 圖7是超聲波換能器的安裝位置示意圖。 圖8是本實(shí)用新型手持裝置上紅外發(fā)射模塊的電路原理圖。 圖9是本實(shí)用新型手持裝置上無線發(fā)射模塊與按鍵的連接電路原理圖。 圖10是本實(shí)用新型的紅外接收確定偏離角度的算法示意圖。 圖11是本實(shí)用新型的總體控制運(yùn)行程序流程圖。 圖中1、紅外接收模塊，2、超聲波測(cè)距模塊，3、無線接收模塊，4、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，5、 報(bào)警及狀態(tài)顯示模塊，6、手調(diào)電位器，7、單片機(jī)，8、紅外發(fā)射模塊，9、無線發(fā)射模塊，10、按 鍵，11、主動(dòng)輪，12、從動(dòng)輪，13、伸縮拉桿。
具體實(shí)施方式本實(shí)用新型的智能跟蹤助力行李架主要包括行李架本體和手持裝置兩大部分，行 李架本體的立體結(jié)構(gòu)如圖1所示，其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，手持裝置的結(jié)構(gòu)框圖如圖3所[0025] 如圖1和圖2所示，行李架本體上安裝有紅外接收模塊1、超聲波測(cè)距模塊2、無線 接收模塊3、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊4、報(bào)警及狀態(tài)顯示模塊5、手調(diào)電位器6和單片機(jī)7，另外行李架 本體的底部還安裝有行走機(jī)構(gòu)。行走機(jī)構(gòu)采用四輪結(jié)構(gòu)(參見圖1)，兩個(gè)主動(dòng)輪11安裝在 行李架本體的前部，兩個(gè)從動(dòng)輪12安裝在行李架本體的后部，既增加了穩(wěn)定性，又便于轉(zhuǎn) 彎。每個(gè)主動(dòng)輪ll由一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在行李架本體的底部，驅(qū)動(dòng)電機(jī)直接帶 動(dòng)主動(dòng)輪ll運(yùn)動(dòng)。行李架本體的后部設(shè)有伸縮拉桿13。其中行李架本體的前端部分能夠 以與底板的連接處為中心旋轉(zhuǎn)，這樣可手動(dòng)調(diào)節(jié)使效果更好。單片機(jī)7采集無線接收模塊 9的數(shù)據(jù)進(jìn)行模式選擇。若是跟蹤模式的話，單片機(jī)7采集紅外接收模塊1的數(shù)據(jù)，并利用 超聲波測(cè)距模塊2測(cè)量的距離，將兩者的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，依據(jù)一定的算法，得出發(fā)給電機(jī)驅(qū) 動(dòng)模塊4的命令，驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到跟蹤的目的，同時(shí)根據(jù)信號(hào)的情況，會(huì)有報(bào)警提示。若 是助力模式的話，單片機(jī)7采集手調(diào)電位器6的電壓值，轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，根據(jù)數(shù)字量的大小， 發(fā)送相應(yīng)的命令給電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊4，驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到助力的目的。 手持裝置的結(jié)構(gòu)如圖3所示，其上設(shè)有紅外發(fā)射模塊8、無線發(fā)射模塊9和按鍵 10。紅外發(fā)射模塊8 —直在發(fā)射調(diào)制后的紅外信號(hào)，使行李架體能夠跟蹤到紅外信號(hào)發(fā)射 源。當(dāng)某個(gè)按鍵按下時(shí)，無線發(fā)射模塊9就會(huì)把相應(yīng)信息發(fā)送出去。 圖4給出了紅外接收模塊1的電路原理圖，紅外接收采用一體化紅外接收頭 PNA4614M，接收靈敏度高，接收的紅外線頻率為56.9k。它有三個(gè)引腳，地、電源、輸出。采 用+5v供電，輸出端為數(shù)字信號(hào)，直接與單片機(jī)7的I/0 口連接。本實(shí)用新型共采用了 13 個(gè)紅外接收頭，每個(gè)紅外接收頭的輸出端還連接了發(fā)光二極管，主要用于信號(hào)的顯示。如圖 5所示，13個(gè)紅外接收頭按角度均勻分布在行李架本體前部180度的弧形范圍內(nèi)，以接受來 自多個(gè)方向的信號(hào)。 圖6給出了行李架體上的超聲波測(cè)距模塊2與單片機(jī)7的電路連接原理圖，超聲 波測(cè)距模塊2使用的是senscomp 6500，+5v供電，地與v+之間的470uf的電解電容是緩沖 上電過程的跳變，luf的陶瓷電容是抗干擾的。由于超聲波測(cè)距模塊2輸出的信號(hào)端ECHO 為集電極開路輸出，故上拉4. 7k的電阻到v+端。每個(gè)超聲波測(cè)距模塊2占用單片機(jī)7的兩 個(gè)端口。 一個(gè)為啟動(dòng)測(cè)距的端口，另一個(gè)為接收到返回信號(hào)的端口。返回信號(hào)的端口是與 單片機(jī)7的具有外部中斷的端口連接的，利用單片機(jī)7的定時(shí)器，接收到返回信號(hào)時(shí)，進(jìn)入 中斷，計(jì)算時(shí)間，進(jìn)而計(jì)算出距離。通過安裝在行李架本體上的超聲波換能器提供超聲波， 超聲波換能器的安裝位置如圖7所示，由于每個(gè)換能器都有30度的波束角，故本實(shí)用新型 共使用三個(gè)超聲波測(cè)距模塊，以增大超聲波測(cè)距的廣度。三個(gè)超聲波測(cè)距采取了輪詢方式， 每個(gè)超聲波測(cè)量距離占用30ms，在某一時(shí)刻只有一個(gè)超聲波模塊在測(cè)距，這樣消除了干擾。 圖8給出了手持裝置上的紅外發(fā)射模塊8的電路原理圖。采用NE555N產(chǎn)生一定 頻率的脈沖波，但電流較小，故后接了放大電路將信號(hào)放大后驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光二極管，這樣發(fā) 射的距離就會(huì)遠(yuǎn)些。 圖9給出了手持裝置上的無線發(fā)射模塊9與按鍵10的連接電路原理圖。無線發(fā) 射模塊9采用FSK-2A，有六個(gè)引腳GND、VCC、10、11、12、13。信號(hào)端口為10、11、12、13。信 號(hào)端口通過10k的電阻接地，再通過按鍵與5v相接。當(dāng)某個(gè)按鍵按下時(shí)，端口電平拉高，則 無線發(fā)射模塊就會(huì)把按鍵10的信息發(fā)送出去。 手持裝置中的按鍵10具有以下功能[0032] Sl-—啟動(dòng)跟蹤模式，按下此鍵后，行李架工作模式為跟蹤模式，將自主跟蹤使用 者并保持一定的距離。 S2-—啟動(dòng)助力模式，按下此鍵后，行李架工作模式為助力模式，此時(shí)，可調(diào)節(jié)拉桿 上的旋鈕來調(diào)節(jié)電機(jī)的速度。 S3-—停止鍵，按下此鍵后，行李架停止，在意外及需要的時(shí)候，可急停。 S4-—手動(dòng)調(diào)節(jié)行李架按鍵。在意外情況發(fā)生的時(shí)候，可手動(dòng)調(diào)節(jié)使行李架恢復(fù)正
常狀態(tài)。手動(dòng)調(diào)節(jié)具體做法為按第一次，行李架以一定的速度后退，再按一次行李架以一
定的速度原地右轉(zhuǎn)，再按一次行李架以一定的速度原地左轉(zhuǎn)，之后再按的話，行李架就會(huì)在
右轉(zhuǎn)與左轉(zhuǎn)之間切換，這樣當(dāng)行李架調(diào)整到合適的位置與角度的時(shí)候，就可以按下S1鍵啟
動(dòng)跟蹤模式，將行李架恢復(fù)到正常狀態(tài)。 本實(shí)用新型通過紅外接收確定偏離角度的算法如圖IO所示。紅外接收頭具有一
個(gè)Vout輸出端，輸出為數(shù)字量，當(dāng)未接收到56. 9k的紅外信號(hào)的時(shí)候，輸出高電平，當(dāng)接收
到時(shí)，輸出為低電平。由于輸出的為數(shù)字量，故Vout端直接與單片機(jī)的1/0 口相連接。在
讀取13個(gè)紅外接收頭信號(hào)的程序中對(duì)其取反，則接收到信號(hào)的接收頭情況為1。這些狀態(tài)
是存取在數(shù)組Port[13]中的。本實(shí)用新型將13個(gè)紅外接收頭HJ1-HJ13分布在一個(gè)180
度的圓弧形的鋁條上達(dá)到找尋發(fā)射源位置的目的。將每個(gè)接收頭的信號(hào)引出來接到一塊電
路板上以便傳入單片機(jī)內(nèi)進(jìn)行處理。在接收的定位和算法方面，分別將HJ1-—HJ13的度數(shù)
定義為-90、-75、-60、-45、-30、-15、0、15、30、45、60、75、90，存取在數(shù)組1&&八1^16[13]中，
賦予每個(gè)接收頭一個(gè)角度的權(quán)值，然后根據(jù)接收頭接收到信號(hào)的情況進(jìn)行計(jì)算，具體算法
為轉(zhuǎn)角位 13
置=(S！每個(gè)接收頭接收信號(hào)的情況(o或i) *每個(gè)接收頭的角度權(quán)值)/接收到信號(hào)的
i = l
接收頭數(shù)量。 如圖10中所示，紅外發(fā)射源發(fā)射的紅外線呈現(xiàn)一個(gè)圓錐形，照射在紅外接收頭上 的情況如圖10中A、 B所示。在這種情況下，物體實(shí)際偏離行李架本身的角度就可以用上 述算法計(jì)算出來。例如，圖中B點(diǎn)的狀況，Port[13] = {0，0，0，0，1，1，1，1，1，1，1，0，0}， TabAngle[13] = {-90， -75， -60， -45， -30， -15， 0， 15， 30， 45， 60， 75， 90}是固定的，則偏離 的角度=(-90*0+ (-75) *0+ (-60) *0+ (-45) *0+ (-30) *1+ (-15) *1+0*1+15*1+30*1+45*1+60* 1+75*0+90*0)/7 = 15(度)，即HJ8位置的偏離角度。 另外，由于系統(tǒng)對(duì)角度的實(shí)時(shí)性要求高一些，程序中對(duì)偏離角度的采樣時(shí)間為 90ms，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，滿足系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求。紅外線易反射，但圓弧形的硬件設(shè)計(jì)與上述 算法使得系統(tǒng)有一定的濾波能力。 本實(shí)用新型的總體運(yùn)行控制程序流程如圖11所示。本實(shí)用新型具有以下特點(diǎn) (1)目標(biāo)跟蹤方法采用調(diào)制后的紅外信號(hào)，成本低，簡(jiǎn)單易行且可靠，抗除普通光 線的干擾。
(2)采用紅外線與超聲波數(shù)據(jù)融合的方法實(shí)現(xiàn)跟蹤，有所創(chuàng)新。
(3)更改工作模式是通過無線控制的，方便、簡(jiǎn)單。
(4)具有急停，報(bào)警等功能，使行李架隨時(shí)在使用者的掌控之內(nèi)，不會(huì)發(fā)生意外。
權(quán)利要求一種智能跟蹤助力行李架，包括行李架本體和手持裝置兩大部分，其特征在于行李架本體上安裝有紅外接收模塊、超聲波測(cè)距模塊、無線接收模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、報(bào)警及狀態(tài)顯示模塊、手調(diào)電位器、單片機(jī)和行走機(jī)構(gòu)，紅外接收模塊、超聲波測(cè)距模塊、無線接收模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、報(bào)警及狀態(tài)顯示模塊均與單片機(jī)連接，手調(diào)電位器安裝在行李架本體前部的伸縮拉桿上，與單片機(jī)連接，行走機(jī)構(gòu)包括安裝在行李架本體前后部的兩個(gè)主動(dòng)輪和兩個(gè)從動(dòng)輪，每個(gè)主動(dòng)輪與一個(gè)電機(jī)直接連接，電機(jī)安裝在行李架本體的底部；手持裝置上設(shè)有紅外發(fā)射模塊、無線發(fā)射模塊和按鍵，按鍵與無線發(fā)射模塊連接。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種智能跟蹤助力行李架，包括行李架本體和手持裝置兩大部分，行李架本體上安裝有紅外接收模塊、超聲波測(cè)距模塊、無線接收模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、報(bào)警及狀態(tài)顯示模塊、手調(diào)電位器、單片機(jī)和行走機(jī)構(gòu)；手持裝置上設(shè)有紅外發(fā)射模塊、無線發(fā)射模塊和按鍵。本實(shí)用新型通過紅外信號(hào)的發(fā)射與接收，以及單片機(jī)的自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)了行李架的智能跟蹤和自動(dòng)行走，在跟蹤模式下能夠識(shí)別特定人員并且實(shí)現(xiàn)自主跟蹤，在助力模式下可應(yīng)用于擁擠或環(huán)境復(fù)雜情況下。
文檔編號(hào)A45C13/38GK201441045SQ200920030880
公開日2010年4月28日 申請(qǐng)日期2009年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月5日
發(fā)明者周風(fēng)余, 宋銳, 李洪祥, 李貽斌, 王風(fēng)武, 榮學(xué)文, 馬昕 申請(qǐng)人:山東大