專利名稱：智能手推車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
智能手推車是一種具備智能感知，自動跟隨功能的新型手推車，結(jié)合了無線 Zigbee定位模塊、全球定位系統(tǒng)與傳感器監(jiān)測功能，屬于嵌入式應(yīng)用與自動控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有超市在用手推車大都是傳統(tǒng)的人力手推車，最多只是對手推車的外觀做了改進，加入一些附加的功能，以求更好的服務(wù)使用者，但并沒有實質(zhì)上的改進，也未能給使用者的購物過程帶來真正的便利，對用戶的使用體驗也沒有太大的改善。現(xiàn)有加裝在購物車上面的廣告顯示屏，只是利用了液晶屏顯示技術(shù)，單純的為用戶播放一些打折促銷的廣告，內(nèi)容反復(fù)無新意。雖然滿足了商家的廣告宣傳，但給使用者的購物過程帶來了不必要的麻煩。是一種強制使用者的接受廣告的不良行為。也有利用電子標簽裝置來實現(xiàn)小車的跟隨購物這一過程，但電子標簽存在一定的風險，如果標簽丟失，小車就會跟隨外人而去，或是找不到跟隨的目標。例外，電子標簽也存在跟隨距離的問題，如果使用有源電子標簽，那使用者首先要手持一個帶有電源設(shè)備的裝置，同樣給購物帶來了不便?，F(xiàn)有超市的手推車管理比較混亂，很多使用者喜歡把手推車推出超市，方便將物品放到汽車等交通工具上，但這給商家?guī)砹撕芏嗦闊?，增加了手推車管理的難度，也容易造成手推車的丟失與不必要的損壞。針對這樣的情況，超市只能雇傭更多的管理人員來對手推車進行回收，這樣不僅增加了高額的人力成本，也降低了使用的效率。

實用新型內(nèi)容嵌入式系統(tǒng)是控制、監(jiān)視或者輔助機器和設(shè)備運行的裝置，采用主流的ARM芯片、 FPGA芯片和數(shù)字信號處理器(DSP)運算芯片作為主要的控制器，利用多組傳感器對環(huán)境數(shù)據(jù)的采集分析，結(jié)合無線通訊技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)了對環(huán)境的智能感知，自動適應(yīng)。本實用新型提供的一種智能手推車，其特征在于該智能手推車以下簡稱小車，該小車包括主控器、無線模塊、電源、至少2個防撞傳感器、電機、觸摸屏、電子標簽讀卡器和攝像頭；無線模塊、電源、至少2個防撞傳感器、電機、觸摸屏、電子標簽讀卡器和攝像頭都分別和主控器相連；該主控器采用的是ARM處理器與FPGA芯片、DSP芯片之一或者兩種結(jié)合，定義小車車把位置為后端，小車的前端和后端分別裝有至少一個防撞傳感器，該防撞傳感器為超聲波或者紅外線傳感器，小車的后端車把位置裝有觸摸屏、電子標簽讀卡器和攝像頭；小車的車筐底部裝有主控器、無線模塊和電源，無線模塊為WIFI、Zigbee或藍牙； 電源為可插拔或者無線充電電池模塊；小車后端兩個輪子為電機驅(qū)動的定向輪，前端兩個輪子是萬向輪。應(yīng)用所述智能手推車的方法，其特征在于，步驟如下[0015]該智能手推車以下簡稱小車，在應(yīng)用場合增設(shè)服務(wù)器、以及至少4個定位基站的無線定位系統(tǒng)或者小車增設(shè) GPS模塊；在服務(wù)器端錄入應(yīng)用場合的地圖數(shù)據(jù)，通過無線模塊發(fā)送到小車的無線模塊上， 小車通過無線模塊報告小車的當前位置給服務(wù)器；采用電子標簽讀卡器模塊開啟小車，攝像頭首先識別找到的第一個可識別人形圖像，并將這一圖像進行保存，用主控器以這一保存的圖像為基礎(chǔ)圖像，進行比較；經(jīng)過比較，人形圖像一致則繼續(xù)進行跟隨或者導(dǎo)航的動作，否則手推車將停止；當用戶選擇小車跟隨時，小車實時跟隨，當用戶需要導(dǎo)航時，用戶通過觸摸屏向小車輸入前往位置，小車會根據(jù)地圖及小車當前位置，引領(lǐng)用戶到達前往目標地點；安裝在小車后端的防撞傳感器實時監(jiān)測用戶與手推車的距離，當這一距離在 50-80厘米之內(nèi)時，小車保持靜止狀態(tài)，當用戶與手推車的距離大于或小于這一距離時，小車都運動保持與用戶距離在50-80厘米之內(nèi)；當小車被用戶推出應(yīng)用場合范圍時，無線定位系統(tǒng)或是GPS定位系統(tǒng)自動指引手推車回歸到起始位置；防撞傳感器在遇到障礙物的時候使得小車會自動避讓；遇到人的時候小車停止，等待1-3分鐘；用戶不使用小車繞行；用戶使用則讓小車處于跟隨或者導(dǎo)航狀態(tài)；采用無線充電技術(shù)對多數(shù)的小車進行無線充電，或者直接充電，或者更換電池。本實用新型利用多組傳感器對環(huán)境數(shù)據(jù)的采集分析，結(jié)合無線通訊技術(shù)的應(yīng)用， 實現(xiàn)了對環(huán)境的智能感知，自動適應(yīng)。

圖1 智能手推車改造結(jié)構(gòu)示意圖。圖2 無線數(shù)據(jù)傳輸定位示意圖。圖3 智能手推車硬件功能示意圖。
具體實施方式
結(jié)合圖1到3部分，在以下部分對這些圖示進行詳細描述美國德州儀器公司生產(chǎn)的CCM31系列Zigbee定位模塊，它也是基于IEEE 802. 15. 4協(xié)議的通訊的基礎(chǔ)。根據(jù)這個協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。既可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自組網(wǎng)無線通信，也可以利用分布在環(huán)境中的多個節(jié)點實現(xiàn)精確的定位功能?；谝陨系膬?yōu)勢，Zigbee模塊已經(jīng)在工業(yè)控制、公共場所、農(nóng)業(yè)控制、醫(yī)療等領(lǐng)域有了廣泛的應(yīng)用。全球定位系統(tǒng)包括接收機硬件和機內(nèi)軟件以及GPS數(shù)據(jù)的后處理軟件來構(gòu)成完整的GPS用戶設(shè)備。GPS接收機的結(jié)構(gòu)分為天線單元和接收單元兩部分，只要是加裝了全球定位系統(tǒng)模塊的設(shè)備，都可以實現(xiàn)在戶外的精確定位功能。利用Zigbee模塊和全球定位模塊，以及事先采集的超市地理數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)了對手推車的自動定位功能，從而實現(xiàn)小車的自動歸位與導(dǎo)購功能。這樣在每次使用者使用完手推車后，手推車都會自動參考地理信息回歸到小車的初始位置。[0030]圖像識別是利用ARM微處理器和數(shù)字信號處理器(DSP)對圖像進行處理、分析，以識別各種不同模式的目標和對像的技術(shù)。圖像識別可能是以圖像的主要特征為基礎(chǔ)的。每個圖像都有它的特征，如字母A有個尖，P有個圈、而Y的中心有個銳角等。利用對圖像外形及顏色的識別，使得超市購物手推車具有識別使用者的能力，進一步實現(xiàn)對特定使用者的跟隨購物功能。在服務(wù)器端錄入地圖數(shù)據(jù)，通過無線通訊模塊，主要使用無線網(wǎng)卡、藍牙或Zigbee 模塊，發(fā)送到小車的無線通訊模塊上，小車也可通過此模塊報告自己的當前位置給服務(wù)器。小車的啟動采用電子標簽(RFID)模塊使小車處于開啟狀態(tài)。用戶通過觸摸屏向小車發(fā)送前往位置信息，小車會根據(jù)地圖及小車當前位置，引領(lǐng)用戶到達前往目標地點。如圖1中所示，本設(shè)備是射頻識別卡，即RFID(Radio Frequency Identification)，又稱電子標簽?？赏ㄟ^無線電訊號識別特定目標并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無需識別系統(tǒng)與特定目標之間建立機械或光學(xué)接觸。系統(tǒng)采用了 RFID電子標簽作為小車開啟使用的電子鑰匙，即只有擁有授權(quán)以后的電子卡片才可以啟動智能手推車開始工作。手推車被啟動以后，會通過小車前端攝像頭(圖1中標號2)首先識別找到的第一個可識別人形圖像，并將這一圖像進行保存，之后會通過存儲在存儲器中的識別算法利用控制器(圖1中標號4)比較機制，以這一保存的圖像為基礎(chǔ)圖像，進行比較。經(jīng)過比較， 只有大致形象，即高低胖瘦，所穿衣服顏色都一致才能繼續(xù)進行跟隨的動作，否則手推車將停止前進動作。這一圖像識別的過程是通過運算單元實時采集處理完成的，因此不必擔心中途小車會跟錯識別對象，造成不必要的混亂。另外，安裝在小車頂部的防撞傳感器(圖1 中標號3)，其中防撞傳感器主要采用了紅外線傳感器和超聲波傳感器，也會實時監(jiān)測使用者與手推車的距離，當這一距離在特定的距離時，小車也會保持靜止狀態(tài)，這樣保證了使用者在停止狀態(tài)挑選物品時小車的靜止穩(wěn)定性。當使用者與手推車的距離大于或小于這一距離時，小車都會做出跟隨的反應(yīng)，以保持與使用者的特定距離。另外，小車的行進速度也是依據(jù)使用者的前進速度進行實時的調(diào)節(jié)。這主要依據(jù)超聲波返回信號的時間差來實時測試速度與距離的變化?，F(xiàn)有手推車的四個輪子主要是采取了萬向輪，即在各個方向都可以自由旋轉(zhuǎn)的輪子。這樣雖然有利于手推車的靈活性，但要是不利于電機對小車的驅(qū)動，于是針對現(xiàn)有手推車進行了機械上的改造，對小車后端的萬向輪(圖1中標號幻用定向輪取代并與驅(qū)動電機連接，小車前段仍然使用萬向輪。通過對電機不同轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)小車前、后、左、右方向上的靈活驅(qū)動。為了驅(qū)動電機能正常的工作，還需要添加電機驅(qū)動板來實現(xiàn)主控制器對電機轉(zhuǎn)速的控制，并實現(xiàn)電壓的轉(zhuǎn)換，因為電機采用了 12V的直流電供電，而控制單元則采用的是5V 的直流供電，為了避免高電壓對控制電路的干擾，采用了光耦元件來進行隔離?？刂齐姍C的部分采用了 PWM，簡稱脈寬調(diào)制。這是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。除此之外，脈寬調(diào)制還具有控制信號都是數(shù)字形式、抗噪聲能力強、可實現(xiàn)超遠距離通信等優(yōu)勢。當使用者做出轉(zhuǎn)彎等動作時，手推車會控制轉(zhuǎn)向方向的電機的PWM值，使之比另一個較大，這樣手推車就可以對使用者的轉(zhuǎn)彎動作做出較快的反應(yīng)，以達到跟隨的目的。[0038]如圖2所示，當手推車被使用者推出超市商場或完成交費活動時，基于Zigbee的無線定位系統(tǒng)或是全球定位系統(tǒng)便會自動指引手推車回歸到起始位置。這要基于手推車內(nèi)部實現(xiàn)保存的超市地理位置信息，結(jié)合實時Zigbee定位數(shù)據(jù)或是全球定位系統(tǒng)的輔助以完成在無人干預(yù)的情況而具有自動歸位的功能。為了避免在小車自動歸位的過程中發(fā)生不必要的碰撞，手推車的四周也會有相關(guān)的防撞傳感器(圖1中標號8)，這樣在遇到障礙物的時候手推車會自動避讓。用戶也可以在小車自動歸位的過程中中斷小車，而讓小車處于跟隨狀態(tài)。由于手推車內(nèi)部已經(jīng)保存有超市的地圖信息，所以手推車可以實現(xiàn)商品的定位功能，即可以帶領(lǐng)使用者尋找到想要的物品，這就需要在手推車上安裝一塊用以顯示物品信息的觸摸屏(圖1中標號1)。使用者只要輕觸屏幕上面保存的商品介紹，找到自己想要的商品，手推車就可以自動計算出購物的最佳行進路線。利用手推車內(nèi)置的定位模塊，也可以對手推車的位置進行實時的遠程監(jiān)控，避免手推車的丟失事件，節(jié)約了人力監(jiān)管的成本。利用把手上面的顯示器也可以顯示一些商品的打折信息。無線充電技術(shù)在近些年日益成熟，已經(jīng)有了商業(yè)上的廣泛應(yīng)用，有著很好的前景， 可以解決有線充電布線的繁雜與更換電池的不便，尤其在對大型數(shù)量產(chǎn)品進行充電時更是費時費力。一般超市的手推車都在500輛以上，大型超市的手推車一般都在1000輛之上， 所以對眾多手推車的電力恢復(fù)，無線充電模塊是很好的解決方案?？衫檬滞栖囃７诺奶囟ㄎ恢脤κ滞栖囘M行不間斷的充電，保證小車的連續(xù)工作。智能手推車是采用電瓶供電(圖1中標號6)，因此當手推車的數(shù)量達到一定程度時，對手推車的充電以及電池維護會是一件比較麻煩的事。因此，設(shè)計了兩種電源充電方案來滿足不同的應(yīng)用規(guī)模，首先，引入了無線充電技術(shù)，利用高倚盛科技有限公司生產(chǎn)的 GYS-12VDC系列無線充電器模塊，這是源于無線電力輸送技術(shù)，利用磁共振在充電器與設(shè)備之間的空氣中傳輸電荷，線圈和電容器則在充電器與設(shè)備之間形成共振，實現(xiàn)電能高效傳輸?shù)募夹g(shù)?；诖耍梢岳猛砩铣腥魏蔚臅r間對放置特定區(qū)域或全超市的手推車進行無線充電，即方便了管理，也節(jié)省了成本，這是對充電管理的優(yōu)化解決方案。另外，針對小規(guī)模的應(yīng)用，可能僅僅是在手推車沒電的情況下及時發(fā)出報警提示就可以了，直接充電或者更換電池，這也是作為對充電管理的簡化解決方案。結(jié)合以上描述，智能手推車可以主要應(yīng)用在超市購物手推車的替代，為超市消費者帶來全新的購物體驗。另外，智能手推車也可以很好的應(yīng)用在機場，公園，高爾夫球場等需要用到手推車的任何場所。其中，只要添加機場的地理信息，智能手推車就可以替代現(xiàn)有機場人力手推車來為旅客運送行李，并在使用完畢后自動歸位，無需人工管理。在公園里， 智能手推車需要添加全球定位系統(tǒng)模塊，幫助旅客負載物品以及引導(dǎo)旅客參觀景點。在高爾夫球場上，智能手推車可以用來裝載游客隨身物品、高爾夫球及球棒，跟隨游客全程，并可以實時顯示游客現(xiàn)在的地理位置。
權(quán)利要求1. 一種智能手推車，其特征在于該智能手推車以下簡稱小車，該小車包括主控器、無線模塊、電源、至少2個防撞傳感器、電機、觸摸屏、電子標簽讀卡器和攝像頭；無線模塊、電源、至少2個防撞傳感器、電機、 觸摸屏、電子標簽讀卡器和攝像頭都分別和主控器相連；該主控器采用的是ARM處理器與FPGA芯片、DSP芯片之一或者兩種結(jié)合， 定義小車車把位置為后端，小車的前端和后端分別裝有至少一個防撞傳感器，該防撞傳感器為超聲波或者紅外線傳感器，小車的后端車把位置裝有觸摸屏、電子標簽讀卡器和攝像頭；小車的車筐底部裝有主控器、無線模塊和電源，無線模塊為WIFI、Zigbee或藍牙；電源為可插拔或者無線充電電池模塊；小車后端兩個輪子為電機驅(qū)動的定向輪，前端兩個輪子是萬向輪。
專利摘要智能手推車屬于嵌入式應(yīng)用與自動控制領(lǐng)域?，F(xiàn)有超市在用手推車大都是傳統(tǒng)的人力手推車，最多只是加入一些附加的功能。該智能手推車以下簡稱小車，該小車包括主控器、無線模塊、電源、至少2個防撞傳感器、電機、觸摸屏、電子標簽讀卡器和攝像頭；無線模塊、電源、至少2個防撞傳感器、電機、觸摸屏、電子標簽讀卡器和攝像頭都分別和主控器相連；該主控器采用的是ARM處理器與FPGA芯片、DSP芯片之一或者兩種結(jié)合，定義小車車把位置為后端，小車的車筐底部裝有主控器、無線模塊和電源，電源為可插拔或者無線充電電池模塊；小車后端兩個輪子為電機驅(qū)動的定向輪，前端兩個輪子是萬向輪。智能手推車是一種具備智能感知，自動跟隨功能的手推車。
文檔編號B62B3/00GK202225891SQ20112017593
公開日2012年5月23日 申請日期2011年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月27日
發(fā)明者嚴海蓉, 張川, 曲黎明, 陳連升 申請人:嚴海蓉, 張川, 曲黎明, 陳連升