一种可遥控的智能跟随载重车控制系统及载重车

技术领域

本发明涉及智能跟随设备技术领域，更具体地说，它涉及一种可遥控的智能跟随载重车控制系统及载重车。

背景技术

随着科学技术的不断发展及社会各行各业的需求，移动机器人己被广泛的应用于航天、军事、核工业及人们日常生活等众多领域。它们不但可以代替人完成某些危险性的工作，而且还可以完成人类由于某些原因限制无法到达的一些区域工作，其研究意义重大。

1.国外移动机器人技术的发展现状

国外在对移动机器人技术的研究方面起步比较早，它开始于上世纪60年代末，在1966年到1972年期间，由斯坦福研究院(SKI)的Nils Nilssen和Charles Rosen等人，研制出名为Shakey的自主移动机器人。

20世纪90年代末期，随着计算机技术及自动化技术的不断发展，移动机器人技术取得了现实性的突破，机器人技术的应用得到了更广泛的应用，最大的突破就属在航空航天及军事领域内对机器人的应用。尤其值得关注的是1997年由美国航天航空局(NASA)研制的“火星探路者”携带着火星车“索杰纳”登陆火星，开启火星探测的先河。

进入21世纪后，同样是由美国航天航空局(NASA)喷气实验室研制的孪生兄弟“勇气”号和“机遇”号火星车分别于2003年1月和7月在美国佛罗里达州被送入太空。“勇气”号和“机遇”号能够在火星上按照预定的路线完成自主行驶，对发现的有价值的探测目标进行检测。

2.国内移动机器人技术的发展现状

与国外相比国内对移动机器人技术的研究比较晚，从“七五”开始国内才正式开始对移动机器人技术进行研究。在1994年清华大学研制出了性能比较全面的智能移动式机器人，它主要涉及了基于地图全局路径规划技术的研究、传感器信息局部路径规划技术的研究、路径规划仿真技术的研究、传感及信息融合技术的研究、智能移动机器人的设计及实现五个方面的关键技术。

在最近几年内，移动机器人相关技术的研究得到了在国内相关科研机构及各大高校的重视，并且在一些研究领域内取得了令人瞩目的理论成就和实践应用。最具代表性的当属上海交通大学制造的高性能自主移动机器人得到了很大的进步己和世界领先水平相接近，同时该项研究曾获得了国家863高技术计划专顶支持。在国内外机器人比赛中多次获得冠军，代表中国大学首次参加RoboCup比赛。

目前代表国内移动机器人技术发展最高水平的“中华牌”月球车己经制造完毕，它在2013年由“嫦娥三号”送上月球，使其在月球表面软着陆，实施无人登月探测计划，主要对月球表面及内部情况进行探测。

在日常生活中，经常看到随行人员帮助运送装备(如高尔夫球场的推车球童等)的现象，人工跟随存在着劳动强度大、费用高等缺点，开发一个能够自动跟随人行走的跟随载重车势在必行。现如今也有像能够完成自主巡线功能的移动载重车类产品，但是它们在载重车的负载与跟随方面考虑甚少。因此大多只是被发展成为一些高级的智能玩具，并没有把它们所拥有的强大功能和技术应用于一些更广阔的领域中。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种可遥控的智能跟随载重车控制系统，具有能够携带某些所需物品，以特定的距离自动跟随目标行走的功能，它可替代以往随行人员帮助运送装备的工作，它具有不知疲倦的工作特点，在减轻劳动强度、降低费用、提高跟随效果等方面将是一个重大的提升。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种可遥控的智能跟随载重车控制系统，包括载重车和目标手持装置；

载重车包括载重栏、载重车电源模块、电机驱动模块和载重车控制器，载重车控制器与载重车电源模块电连接，载重车控制器与电机驱动模块信号连接；

目标手持装置包括信号发射模块、目标手持装置电源模块和目标手持装置控制器；目标手持装置控制器与目标手持装置电源模块信号连接，目标手持装置控制器与信号发射模块信号连接，信号发射模块与载重车控制器无线信号连接。

在上述方案中，电机驱动模块可通过四个直流电机进行四轮驱动，并控制载重车的转向和速度的控制；目标手持装置通过通过目标手持装置控制器通过信号发射模块向载重车发出信号，实现对载重车的移动控制。

作为一种优选方案，信号发射模块为超声波发射模块，载重车还设有超声波接收模块，超声波接收模块与载重车控制器信号连接。

在上述优选方案中，超声波信号室温情况下的传播速率仅为344m/s，它们的速度相差六个数量级，在短距离环境工作下，无线信号的传输时间几乎为零，在与超声波信号的传输时间相比时可以被忽略，因此在超声波定位系统中可认为超声波的发射与接收器定时器的启动是同步的。

作为一种优选方案，超声波发射模块包括遥控器，遥控器通过超声波发射模块与超声波接收模块匹配，超声波接收模块通过载重车控制器控制电机驱动模块实现载重车的移动。

在上述优选方案中，用户通过遥控器控制载重车的移动，实现对载重车的控制。

作为一种优选方案，目标手持装置和载重车上分别设有定位器，超声波发射模块还包括时间继电器，超声波发射模块通过时间继电器向超声波接收模块定时发送超声信号，超声波接收模块通过载重车控制器控制电机驱动模块实现载重车的移动。

在上述优选方案中，目标手持装置向载重车定时发送超声信号，且预先设置跟随指令，可实现载重车的自动跟随，不再需要用户实时的控制，解放用户的控制。

作为一种优选方案，超声波接收模块包括四个超声波接收器。

在上述优选方案中，载重车四角上的超声波接收器可以陆续收到超声波信号，CPU通过每个超声波模块接收到的时间，计算出移动目标到4个超声波接收点的距离，通过相关算法即可确定移动目标的方位和距离；同时，可确定载重车的长度与宽度，保证载重车能够保证能够通过相应通道和实现精确的避障。

作为一种优选方案，载重车与目标手持装置之间距离大于阈值x时，速度为a；当载重车与目标手持装置之间距离不大于阈值x时，速度为b，其中a

在上述优选方案中，当载重车与目标手持装置较远时，可加速向目标手持装置移动，缩短距离，跟上目标；当载重车跟上目标后，降低速度，实现跟随。

作为一种优选方案，载重车控制器和目标手持控制器均设有STM32控制器和/或若干51单片机。

在上述优选方案中，采用普通51单片机不一定能实现同时对多个信号的处理，因此可以采用多个单片机和STM32协同处理，分成信息信号收集模块，信息处理模块(包括接收到的信号信息分析、目标的位置与距离计算、行动路线分析、制动信息的处理)，遥控模块。

作为一种优选方案，载重车上还设有避障模块，避障模块与电机驱动模块信号连接。

作为一种优选方案，载重车和目标手持装置上均设有键盘和显示器，键盘分别用于对载重车和目标手持装置实现控制，显示器分别显示载重车和目标手持装置的相关信息。

在上述优选方案中，显示器可实时显示载重车的目标手持装置的信息，还能够实现二者的信息交互观看；键盘可区分于遥控器，实现对载重车双重控制，在目标手持装置上，键盘可以与遥控器为同一设备。

一种智能跟随载重车，基于上述的可遥控的智能跟随载重车控制系统。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的智能跟随载重车具有反应迅速，定位准确，实时跟踪的特点。同时成本低廉，便于推广。从它本身具有的特性来看，可以运用于生活的许多场合下，比如机场的乘客行李搬运，大型商场的职能购物车，还有大型车间中设备检验人员的工具搬运等多种场合，它能很好的解放我们的双手。如果该产品批量生产的话，成本将大大降低，可以方便的进入市场，具有广阔的市场前景，具有可观的经济效益和社会效益。

附图说明

图1是本发明实施例中的自动跟随载重车控制系统结构框图；

图2是本发明实施例的超声波接收器和发射器分布图。

具体实施方式

本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包括”为一开放式用语，故应解释成“包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。

本说明书及权利要求的上下左右等方位名词，是结合附图以便于进一步说明，使得本申请更加方便理解，并不对本申请做出限定，在不同的场景中，上下、左右、里外均是相对而言。

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

传感器的使用:通过超声波传感器，定位目标的方位和距离来确定目标的与载重车的相对位置，检测前方是否有障碍物及载重车是否可以通过。

电力拖动系统控制:通过电机传动实现载重车移动、刹车。用四个直流电机进行四轮驱动,用直流电机的转速及转速差控制载重车的刹车与换向。

信息处理:采用普通51单片机不一定能实现同时对多个信号的处理，因此可以采用多个单片机和STM32协同处理，分成信息信号收集模块，信息处理模块(包括接收到的信号信息分析、目标的位置与距离计算、行动路线分析、制动信息的处理)，遥控模块。

无线电的使用:利用无线电在数字信息传播方面的可靠性来实现手持部和载重车之间的信息传递(发送跟随或驻留命令以及遥控载重车)。

成品分为两部分，载重车和目标手持装置。目标携带手持装置，载重车自动跟随目标前进。

跟随时自动变速。距离跟随目标远，可以快速前进，跟上目标。跟随目标时，降低速度，达到跟随(距离感应，包括红外感应或发射器距离接收器的距离作为感应方式)。

具有自动跟随和手动遥控两种模式。自动跟随模式时，自动跟随目标前进；手动遥控模式时，手持部分作为遥控器遥控载重车前进。

利用传感器使载重车能够定位目标。

使用电机实现对载重车的运动与制动控制。

采用高性价比的STM32作为主处理器与51单片机协同处理实现信息的分析、处理、计算。

载重车能够根据当前周围环境做出正确的行进路线。

利用无线电实现目标对载重车进行命令传送。

研究超声波传感器的探测与定位技术，用超声波避障和跟随。

利用电机拖动技术来实行设备的运动与制动。

通过多方调试实现功能完善。

自动跟随载重车系统由两部分组成：自动跟随载重车、目标手持装置。该系统通过超声波定位技术完成载重车对移动目标的定位，利用相关算法确定载重车与目标间的距离，将其与设定的距离比较，由控制器根据偏差值驱动电机转动，最终实现载重车对目标的跟随功能。图1所示为自动跟随载重车控制系统结构框图。

通过超声波发射装置发出超声波，根据接收器接到超声波时的时间差就可以知道距离。在本课题中，载重车上分布至少4个超声波接收器，目标手持装置上有一个超声波发射器。目标手持装置超声波发射器发射超声波，载重车上的4个超声波接收器接收到信号。根据超声波跟目标距离不同，利用算法可以得到超声波发射器的位置。如图2所示。

载重车系统通过无线通信模块发送寻找信号，同时超声波接收器开始计时，如果移动目标接收到无线寻找信号，则立即发送超声波信号，这样载重车四角上的超声波接收器可以陆续收到超声波信号，CPU通过每个超声波模块接收到的时间，计算出移动目标到4个超声波接收点的距离，通过相关算法即可确定移动目标的方位和距离。如果计算出来的距离大于设定距离，且载重车还处于跟随状态，则控制电机向目标方向移动，从而实现载重车的自动跟随功能。需要说明的是，无线信号在空气中的传播速度约为3x10

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。