智能跟隨防撞小車和防撞方法專利

1、說明書摘要本發(fā)明公開了一種智能跟隨防撞小車及對(duì)應(yīng)的防撞方法，該小車包括車架、車輪、無線信號(hào)傳感器、驅(qū)動(dòng)器和控制器；車架前部下方設(shè)置有兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪，后部下方設(shè)置有兩個(gè)萬向輪；紅外傳感器包括紅外線發(fā)射裝置和紅外線接收裝置；車架前部外側(cè)中心位置設(shè)置有紅外線接收裝置，紅外線接收裝置兩側(cè)對(duì)稱地設(shè)置有兩組超聲波傳感器，紅外線發(fā)射裝置為遠(yuǎn)程無線遙控裝置；驅(qū)動(dòng)輪連接有所述驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器與控制器連接；控制器內(nèi)設(shè)置有中心控制模塊，和與中心控制模塊信號(hào)連接的紅外定位模塊、超聲波測(cè)距模塊和驅(qū)動(dòng)模塊。本發(fā)明適用于機(jī)場(chǎng)等場(chǎng)合乘客行李搬運(yùn)，也適合于商場(chǎng)的職能購物車，及大型車間的工具搬運(yùn)等，具有廣闊的市場(chǎng)前景。摘要附圖 6權(quán)利

2、要求書1、一種智能跟隨防撞小車，包括車架、車輪、無線信號(hào)傳感器、驅(qū)動(dòng)器和控制器；其特征在于：所述車輪包括驅(qū)動(dòng)輪和萬向輪，所述車架前部下方設(shè)置有兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪，后部下方設(shè)置有兩個(gè)萬向輪；所述無線信號(hào)傳感器包括紅外傳感器和超聲波傳感器，所述紅外傳感器包括紅外線發(fā)射裝置和紅外線接收裝置；所述車架前部外側(cè)中心位置設(shè)置有所述紅外線接收裝置，所述紅外線接收裝置兩側(cè)對(duì)稱地設(shè)置有兩組所述超聲波傳感器，所述紅外線發(fā)射裝置為遠(yuǎn)程無線遙控裝置；所述驅(qū)動(dòng)輪連接有所述驅(qū)動(dòng)器，所述驅(qū)動(dòng)器與所述控制器連接；所述控制器內(nèi)設(shè)置有中心控制模塊，和與所述中心控制模塊信號(hào)連接的紅外定位模塊、超聲波測(cè)距模塊和驅(qū)動(dòng)模塊。2、如權(quán)利要求1所述

3、的智能跟隨防撞小車，其特征在于：其還包括一雷達(dá)，所述雷達(dá)的工作電壓范圍為3.3V-20V直流電，發(fā)射功率2mW。3、如權(quán)利要求1所述的智能跟隨防撞小車，其特征在于：所述超聲波測(cè)距模塊的工作電壓范圍為2.4V-5.5V直流電，探測(cè)距離為2cm-450cm。4、如權(quán)利要求1所述的智能跟隨防撞小車，其特征在于：所述驅(qū)動(dòng)模塊采用L298N雙H橋直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。5、如權(quán)利要求1所述的智能跟隨防撞小車，其特征在于：所述中心控制模塊采用Arduino Uno處理器。6.一種采用權(quán)利要求1-5所述的智能跟隨防撞小車的防撞方法，其特征在于：其包括如下步驟：步驟一：兩組所述超聲波傳感器接收目標(biāo)人體發(fā)出的電磁波；

4、步驟二：所述超聲波傳感器將接收的電磁波信號(hào)發(fā)送至所述中心控制模塊，所述中心控制模塊判斷接收的兩組信號(hào)的強(qiáng)弱，若左側(cè)信號(hào)強(qiáng)，則右輪加速；若右側(cè)信號(hào)強(qiáng)，則左輪加速；若信號(hào)強(qiáng)度相同，則左右輪同速；步驟三：所述紅外線接收裝置接收所述遠(yuǎn)程無線遙控裝置發(fā)出的信號(hào)，并發(fā)送至所述中心控制模塊，所述中心控制模塊計(jì)算跟隨距離；若跟隨距離大于預(yù)設(shè)值D，則兩輪加速；若跟隨距離小于預(yù)設(shè)值D，則兩輪減速；步驟四：重復(fù)步驟二與步驟三，保持兩組所述超聲波傳感器接收的電磁波信號(hào)相同，且跟隨距離保持不變；步驟五：若所述紅外線接收裝置和/或所述超聲波傳感器檢測(cè)到有遮擋物的距離小于50cm，則小車自動(dòng)停止；若遮擋物的距離大于50cm

5、，則小車?yán)^續(xù)按預(yù)設(shè)程序前進(jìn)并檢測(cè)。說明書智能跟隨防撞小車和防撞方法技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及智能機(jī)電領(lǐng)域，特別涉及一種智能跟隨防撞小車與防撞方法。背景技術(shù)在機(jī)場(chǎng)、高鐵站、超市等場(chǎng)合，人們一般會(huì)拖運(yùn)較多重物；雖有推車等工具協(xié)助搬運(yùn)，但一旦需要接電話、喝水等簡(jiǎn)單行為，則需要停止搬運(yùn)。另外，對(duì)于搬運(yùn)工具的安全也需要自己格外小心。在電子自動(dòng)化日益成熟的今天，可設(shè)計(jì)一種能夠智能跟隨的小車，來幫助人們搬運(yùn)行李，最大程度減輕人們?cè)诼眯型局械呢?fù)擔(dān)。申請(qǐng)?zhí)枮镃N201210379250.1的專利提出了一種“自動(dòng)跟隨行李箱”，通過采用電力驅(qū)動(dòng)，能夠隨著攜帶控制器的人的行走軌跡運(yùn)動(dòng)，而無需拖曳。但該專利僅提出了機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

6、，并未公開具體的控制過程和控制模塊的選用和電路連接。申請(qǐng)?zhí)枮镃N201320189204.5的專利也提出了一種自動(dòng)跟隨小車及自動(dòng)跟隨行李箱，其控制器集成與智能小車上，無需人體上的信號(hào)發(fā)射器，定位容易受到干擾。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的主要目的是提出一種智能跟隨防撞小車，旨在解決智能跟隨和防止撞人與撞物的設(shè)計(jì)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種智能跟隨防撞小車，包括車架、車輪、無線信號(hào)傳感器、驅(qū)動(dòng)器和控制器；所述車輪包括驅(qū)動(dòng)輪和萬向輪，所述車架前部下方設(shè)置有兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪，后部下方設(shè)置有兩個(gè)萬向輪；所述無線信號(hào)傳感器包括紅外傳感器和超聲波傳感器，所述紅外傳感器包括紅外線發(fā)射裝置和紅外線接收裝置；所述車架前部外側(cè)中

7、心位置設(shè)置有所述紅外線接收裝置，所述紅外線接收裝置兩側(cè)對(duì)稱地設(shè)置有兩組所述超聲波傳感器，所述紅外線發(fā)射裝置為遠(yuǎn)程無線遙控裝置；所述驅(qū)動(dòng)輪連接有所述驅(qū)動(dòng)器，所述驅(qū)動(dòng)器與所述控制器連接；所述控制器內(nèi)設(shè)置有中心控制模塊，和與所述中心控制模塊信號(hào)連接的紅外定位模塊、超聲波測(cè)距模塊和驅(qū)動(dòng)模塊。優(yōu)選地，所述智能跟隨防撞小車還包括一雷達(dá)，所述雷達(dá)的工作電壓范圍為3.3V-20V直流電，發(fā)射功率2mW。（圖紙中沒有雷達(dá)，只有紅外線收發(fā)裝置，但具體的電路連接中沒有紅外收發(fā)裝置，只有雷達(dá)，請(qǐng)確認(rèn)是不是有三個(gè)檢測(cè)裝置：紅外、雷達(dá)和超聲波？如果是，請(qǐng)分別說明作用，和三個(gè)的工作流程（即信號(hào)檢測(cè)運(yùn)算的先后順序、檢測(cè)數(shù)值的

8、交叉計(jì)算等）優(yōu)選地，所述超聲波測(cè)距模塊的工作電壓范圍為2.4V-5.5V直流電，探測(cè)距離為2cm-450cm。優(yōu)選地，所述驅(qū)動(dòng)模塊采用L298N雙H橋直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。優(yōu)選地，所述中心控制模塊采用Arduino Uno處理器。根據(jù)所述的智能跟隨防撞小車，本發(fā)明還進(jìn)一步提出一種防撞方法，其包括如下步驟：步驟一：兩組所述超聲波傳感器接收目標(biāo)人體發(fā)出的電磁波；步驟二：所述超聲波傳感器將接收的電磁波信號(hào)發(fā)送至所述中心控制模塊，所述中心控制模塊判斷接收的兩組信號(hào)的強(qiáng)弱，若左側(cè)信號(hào)強(qiáng)，則右輪加速；若右側(cè)信號(hào)強(qiáng)，則左輪加速；若信號(hào)強(qiáng)度相同，則左右輪同速；步驟三：所述紅外線接收裝置接收所述遠(yuǎn)程無線遙控裝置發(fā)出

9、的信號(hào)，并發(fā)送至所述中心控制模塊，所述中心控制模塊計(jì)算跟隨距離；若跟隨距離大于預(yù)設(shè)值D，則兩輪加速；若跟隨距離小于預(yù)設(shè)值D，則兩輪減速；步驟四：重復(fù)步驟二與步驟三，保持兩組所述超聲波傳感器接收的電磁波信號(hào)相同，且跟隨距離保持不變；步驟五：若所述紅外線接收裝置和/或所述超聲波傳感器檢測(cè)到有遮擋物的距離小于50cm，則小車自動(dòng)停止；若遮擋物的距離大于50cm，則小車?yán)^續(xù)按預(yù)設(shè)程序前進(jìn)并檢測(cè)。本發(fā)明的智能跟隨防撞小車，在通電狀態(tài)下，目標(biāo)人體身上的電磁波發(fā)射器發(fā)出的信號(hào)被加裝在小車前端兩邊的兩組超聲波傳感器接收到后，根據(jù)這兩組信號(hào)強(qiáng)弱判斷目標(biāo)人體的相對(duì)方位；當(dāng)一組超聲波傳感器收到的信號(hào)較強(qiáng)時(shí)，可斷定目

10、標(biāo)人體偏向該管，小車轉(zhuǎn)向該向行駛。通過設(shè)定較短的時(shí)間，在行駛過程中不斷進(jìn)行兩端信號(hào)的對(duì)比，使小車始終朝著目標(biāo)人體的方向行駛；當(dāng)兩組超聲波傳感器收到等強(qiáng)的信號(hào)后可斷定目標(biāo)在前方，可令小車前行或停止（根據(jù)單片機(jī)設(shè)定的跟蹤距離1m-2m來控制，距離在該范圍內(nèi)保持正常前進(jìn)，低于最小值時(shí)小車減速，超過最大值時(shí)加速）；當(dāng)車體周圍存在障礙物（<50cm）時(shí),啟動(dòng)避障系統(tǒng)。本發(fā)明成本低廉，便于推廣。適用于機(jī)場(chǎng)、高鐵站等場(chǎng)合乘客行李搬運(yùn)，也適合于大型商場(chǎng)的職能購物車，還有大型車間中設(shè)備檢驗(yàn)人員的工具搬運(yùn)等多種場(chǎng)合，具有廣闊的市場(chǎng)前景和可觀的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益。附圖說明圖1為本發(fā)明的智能跟隨防撞小車的使用狀

11、態(tài)示意圖；圖2為本發(fā)明的智能跟隨防撞小車的自動(dòng)跟隨流程圖；圖3為本發(fā)明的智能跟隨防撞小車的信號(hào)傳輸模塊圖。圖4為本發(fā)明的智能跟隨防撞小車的超聲波傳感器循跡流程圖。圖5為本發(fā)明的智能跟隨防撞小車的系統(tǒng)組裝模塊圖。圖6為本發(fā)明的AT89S52單片機(jī)的管腳圖。圖7為本發(fā)明的智能跟隨防撞小車的實(shí)地測(cè)試結(jié)果。標(biāo)號(hào)說明：紅外線發(fā)射裝置1,電機(jī)支座2,單片機(jī)控制系統(tǒng)3,車架4,萬向輪5,驅(qū)動(dòng)器6,電機(jī)7,驅(qū)動(dòng)輪8,超聲波傳感器9，紅外線接收裝置10，目標(biāo)人體11。具體實(shí)施方式下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基

12、于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。需要說明，若本發(fā)明實(shí)施例中有涉及方向性指示（諸如上、下、左、右、前、后），則該方向性指示僅用于解釋在某一特定姿態(tài)（如附圖所示）下各部件之間的相對(duì)位置關(guān)系、運(yùn)動(dòng)情況等，如果該特定姿態(tài)發(fā)生改變時(shí)，則該方向性指示也相應(yīng)地隨之改變。本發(fā)明提出一種智能跟隨防撞小車，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括車架4、車輪、無線信號(hào)傳感器（包括紅外線發(fā)射器1、超聲波傳感器9和紅外線接收裝置10）、驅(qū)動(dòng)器6和控制器（即單片機(jī)控制系統(tǒng)3）；其中所述車輪包括驅(qū)動(dòng)輪8和萬向輪5，所述車架4的前部下方設(shè)置有兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪8，后部下

13、方設(shè)置有兩個(gè)萬向輪5；所述無線信號(hào)傳感器包括紅外傳感器和超聲波傳感器9，所述紅外傳感器又包括紅外線發(fā)射裝置1和紅外線接收裝置10；所述車架4前部外側(cè)中心位置設(shè)置有所述紅外線接收裝置10，所述紅外線接收裝置10兩側(cè)對(duì)稱地設(shè)置有兩組所述超聲波傳感器9，所述紅外線發(fā)射裝置1為遠(yuǎn)程無線遙控裝置，可裝設(shè)于目標(biāo)人體的身上；所述驅(qū)動(dòng)輪8連接有所述驅(qū)動(dòng)器6，所述驅(qū)動(dòng)器6與所述控制器連接。使用時(shí)，如圖2所示，紅外線接收裝置10接收紅外線發(fā)射裝置1的信號(hào)，并將該信號(hào)發(fā)送至控制器，控制器經(jīng)過運(yùn)算初步判斷目標(biāo)人體與小車的距離，并根據(jù)該距離和預(yù)設(shè)距離D輸出小車控制指令，從而控制小車前進(jìn)、后退或是停止。同時(shí)兩組所述超聲波

14、傳感器9也向目標(biāo)人體發(fā)出信號(hào)，并接收反饋的信號(hào)，再將接收的反饋信號(hào)傳遞給控制器；控制器根據(jù)這兩組反饋信號(hào)強(qiáng)弱判斷目標(biāo)的相對(duì)方位；當(dāng)一組接收管收到的信號(hào)較強(qiáng)時(shí)，可斷定目標(biāo)偏向該管的方向，則小車轉(zhuǎn)向該向行駛?？深A(yù)設(shè)一個(gè)較短時(shí)間，使其在該段行駛時(shí)間內(nèi)，不斷地進(jìn)行兩組信號(hào)的對(duì)比，從而使小車始終朝著目標(biāo)人體的方向行駛。當(dāng)兩組超聲波傳感器9的接收機(jī)收到等強(qiáng)的信號(hào)時(shí)，則可斷定目標(biāo)在前方，可令小車前行或停止。前進(jìn)或停止的觸發(fā)距離可預(yù)設(shè)在1m到2m之間。當(dāng)小車與目標(biāo)人體的距離在該范圍內(nèi)，則保持正常前進(jìn)，若低于距離最小值時(shí)，小車減速；若超過距離最大值則加速前進(jìn)。同時(shí)，還需設(shè)置防撞機(jī)制：當(dāng)車體周圍存在障礙物時(shí)，啟動(dòng)

15、壁障機(jī)制。可預(yù)設(shè)當(dāng)距離小車50cm以內(nèi)有遮擋物時(shí)，則判斷周圍存在障礙物；壁障機(jī)制可以為繞開，當(dāng)無法繞開始則停止。為了達(dá)到順利地跟隨并繞開障礙物的目的，所述控制器需和各個(gè)傳感器及執(zhí)行裝置的硬件保持即時(shí)的信號(hào)連通，即所述控制器內(nèi)設(shè)置有中心控制模塊，該中心控制模塊與紅外定位模塊、超聲波測(cè)距模塊和驅(qū)動(dòng)模塊信號(hào)連通。所述紅外定位模塊包括紅外線發(fā)射裝置1和紅外線接收裝置10，及其關(guān)聯(lián)電路，所述超聲波測(cè)距模塊包括兩組超聲波傳感器9及其關(guān)聯(lián)電路，所述驅(qū)動(dòng)模塊包括驅(qū)動(dòng)器6和驅(qū)動(dòng)輪8，及其關(guān)聯(lián)電路。為了提高定位精度，如圖3所示，所述智能跟隨防撞小車包括一雷達(dá)，所述雷達(dá)的工作電壓范圍為3.3V-20V直流電，發(fā)射功

16、率2mW。在圖示的實(shí)施例中選用的雷達(dá)參數(shù)如下：1、模塊工作電壓：3.3-20VDC；2、待機(jī)靜態(tài)電流：3mA；3、發(fā)射功率：2mW；4、工作溫度環(huán)境：-20° +80°；5、觸發(fā)方式：重復(fù)觸發(fā)（默認(rèn)）；6、輸出信號(hào)：TTL電平，高有效； 高電平3.3V 低電平0V；7、探測(cè)角度：360°（球面）無死角；8、探測(cè)距離：6-9米（訂購時(shí)可選）。默認(rèn)設(shè)定8米；9、工作延時(shí)：1秒到幾百秒（訂購時(shí)可選）,默認(rèn)設(shè)定30S；10、光敏控制：根據(jù)外界的光線強(qiáng)度控制感應(yīng)模塊的工作狀態(tài)，達(dá)到節(jié)能效果。微波感應(yīng)采用平面天線發(fā)射及接受回波，開關(guān)為主動(dòng)式傳感器，感應(yīng)器發(fā)射高頻電磁波并接收他

17、們的回波。此感應(yīng)器探測(cè)回波內(nèi)的變化甚至是真探測(cè)范圍內(nèi)微小的移動(dòng)，然后微處理器觸發(fā),執(zhí)行指令.信號(hào)通過門、玻璃板及薄的墻壁都有可能被探測(cè)到，本產(chǎn)品抗干擾能力強(qiáng)，幾乎不受風(fēng)，熱等外籍環(huán)境因素的干擾。本實(shí)施例中的超聲波測(cè)距模塊的工作電壓范圍為2.4V-5.5V直流電，探測(cè)距離為2cm-450cm。主要技術(shù)參數(shù)如下表：表1. 超聲波測(cè)距模塊技術(shù)參數(shù)電氣參數(shù)US-100超聲波測(cè)距模塊工作電壓DC 2.4V5.5V靜態(tài)電流2mA工作溫度-20+70度輸出方式電平或UART（跳線帽選擇）感應(yīng)角度小于15度探測(cè)距離2cm-450cm探測(cè)精度0.3cm+1%UART模式下串口配置波特率9600，起始位1位，停止

18、位1位，數(shù)據(jù)位8位，無奇偶校驗(yàn)，無流控制。所述中心控制模塊采用Arduino Uno處理器，所述驅(qū)動(dòng)模塊采用L298N雙H橋直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。如圖3所示，本系統(tǒng)主要由雷達(dá)傳感器、Arduino Uno、直流電機(jī)、超聲波傳感器模塊、L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊組成，其主要功能是通過雷達(dá)傳感器發(fā)射信號(hào)（有的地方叫雷達(dá)，有的是雷達(dá)傳感器，有的是雷達(dá)傳感器發(fā)射信號(hào)，請(qǐng)確認(rèn)具體名稱；另外，請(qǐng)明確本文所說的雷達(dá)傳感器是否只包括發(fā)射信號(hào)部分，而不包括接收信號(hào)部分？或是都包括），Arduino采集雷達(dá)傳感器的左右信號(hào)（Arduino采集雷達(dá)信號(hào)指的是純軟件接收雷達(dá)反饋的信號(hào)，還是自帶有采集電路？如果帶有采集電路，請(qǐng)

19、在圖5中更詳細(xì)的表示出來），經(jīng)過Arduino Uno的比較，判斷小車的跟隨方向，而通過超聲波傳感器模塊的信號(hào)，來判斷跟隨的距離。Arduino Uno 是一款開源電子原型平臺(tái)，包含硬件和軟件，可通過各種各樣的傳感器來感知環(huán)境，通過控制燈光、馬達(dá)和其他的裝置來反饋、影響環(huán)境。其微控制器可以通過Arduino Uno的編程語言來編寫程序，編譯成二進(jìn)制文件，燒錄進(jìn)微控制器 對(duì)Arduino Uno的編程是利用 Arduino Uno編程語言 (基于 Wiring)和Arduino Uno開發(fā)環(huán)境(based on Processing)來實(shí)現(xiàn)的?；贏rduino Uno的項(xiàng)目，可以只包含Ardu

20、ino Uno，也可以包含Arduino Uno和其他一些在PC上運(yùn)行的軟件，他們之間進(jìn)行通信 (比如 Flash, Processing, MaxMSP)來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)前述的智能跟隨防撞小車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)，本發(fā)明還提出一種防撞方法，其包括如下步驟：步驟一：兩組所述超聲波傳感器接收目標(biāo)人體發(fā)出的電磁波；步驟二：所述超聲波傳感器將接收的電磁波信號(hào)發(fā)送至所述中心控制模塊，所述中心控制模塊判斷接收的兩組信號(hào)的強(qiáng)弱，若左側(cè)信號(hào)強(qiáng)，則右輪加速；若右側(cè)信號(hào)強(qiáng)，則左輪加速；若信號(hào)強(qiáng)度相同，則左右輪同速；步驟三：所述紅外線接收裝置接收所述遠(yuǎn)程無線遙控裝置發(fā)出的信號(hào)，并發(fā)送至所述中心控制模塊，所述中心控制模

21、塊計(jì)算跟隨距離；若跟隨距離大于預(yù)設(shè)值D，則兩輪加速；若跟隨距離小于預(yù)設(shè)值D，則兩輪減速；（請(qǐng)確認(rèn)是否正確？因?yàn)橹暗奈募胁]有描述雷達(dá)的參與，是否將此處的紅外傳感器替換為雷達(dá)了？如果沒有，請(qǐng)描述雷達(dá)的參與步驟和作用）步驟四：重復(fù)步驟二與步驟三（是否有確定先后順序？），保持兩組所述超聲波傳感器接收的電磁波信號(hào)相同，且跟隨距離保持不變；步驟五：若所述紅外線接收裝置和/或所述超聲波傳感器檢測(cè)到有遮擋物的距離小于50cm，則小車自動(dòng)停止；若遮擋物的距離大于50cm，則小車?yán)^續(xù)按預(yù)設(shè)程序前進(jìn)并檢測(cè)。由于本設(shè)計(jì)在定位、避障模塊中采用的是集成的QTI循跡模塊，故循跡裝置內(nèi)部電路無需再重新設(shè)計(jì)，僅需將集成的QTI循跡模塊