一種基于室內混合定位的智能跟隨系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種基于室內混合定位的智能跟隨系統，該系統包括設置在跟隨物體上的觸控屏、主控板、測距模塊和驅動模塊以及被跟隨人員攜帶的手機終端，所述主控板集成有第一主控制器、第一Wi?Fi模塊和九軸慣性傳感器，所述手機終端集成有第二主控制器、第二Wi?Fi模塊、三軸加速度傳感器和陀螺儀。本實用新型使用簡便、靈活，人機交互性強，可根據實際需要設置在任何需要跟隨人的物體上，為解放人的雙手提供保障，具有很強的環境適應性和生存能力，同時本實用新型在技術上完美平衡了成本和跟隨精度，穩定性高，在擁有較小誤差的同時實現了低成本，具有良好的可推廣性。
【專利說明】
一種基于室內混合定位的智能跟隨系統
技術領域
[0001]本實用新型涉及智能家居技術領域，具體是一種基于室內混合定位的智能跟隨系統。
【背景技術】
[0002]目前，對于室內定位一般有紅外定位技術、超聲波定位技術、藍牙技術、射頻識別技術、超寬帶技術、W1-Fi技術和ZigBee技術等，但這些現存的單一定位技術都有各自的缺點。拿紅外技術來說，直線視距和傳輸距離較短這兩大主要缺點使其紅外線室內定位的效果很差，而且紅外線定位技術無法分辨是人還是物體，不能有效避障。再拿W1-Fi定位來說，由于W1-Fi的頻段在2.4GHz，因此其波長本身就在7?12cm左右，由波長帶來的誤差不可忽略，因此W1-Fi定位精度較低。超聲波定位整體精度較高，結構簡單，但超聲波受多徑效應和非視距傳播影響很大，也存在無法識別人和物體的缺點。因此，如何提供一種精確的室內定位系統是本領域技術人員亟待解決的問題。
【實用新型內容】
[0003]本實用新型的目的在于提供一種基于室內混合定位的智能跟隨系統，以解決傳統的基于磁場強度的智能設備對于人員定位精度不足、反應遲鈍等問題，同時能夠避免使用圖像處理的方式對人員進行定位、跟隨硬件成本高的問題。
[0004]本實用新型的技術方案為:
[0005]—種基于室內混合定位的智能跟隨系統，該系統包括設置在跟隨物體上的觸控屏、主控板、測距模塊和驅動模塊以及被跟隨人員攜帶的手機終端，所述主控板集成有第一主控制器、第一 W1-Fi模塊和九軸慣性傳感器，所述手機終端集成有第二主控制器、第二 W1-Fi模塊、三軸加速度傳感器和陀螺儀；
[0006]所述觸控屏與第一主控制器交互式信號連接，所述九軸慣性傳感器的信號輸出端與第一主控制器的信號輸入端連接，所述三軸加速度傳感器和陀螺儀的信號輸出端與第二主控制器的信號輸入端連接，所述第二主控制器通過第二 W1-Fi模塊和第一 W1-Fi模塊與第一主控制器交互式信號連接，所述第一主控制器與測距模塊交互式信號連接，所述第一主控制器的信號輸出端與驅動模塊的信號輸入端連接。
[0007]所述的基于室內混合定位的智能跟隨系統，所述測距模塊包括固定在跟隨物體前端的舵機以及固定在所述舵機上的測距傳感器，所述測距傳感器為紅外測距傳感器或超聲波測距傳感器;所述舵機的信號輸入端與第一主控制器的信號輸出端連接，所述測距傳感器的信號輸出端與第一主控制器的信號輸入端連接。
[0008]所述的基于室內混合定位的智能跟隨系統，所述驅動模塊包括驅動電機以及分別與所述驅動電機的驅動軸連接的升降伸縮桿和驅動輪，所述驅動電機的信號輸入端與第一主控制器的信號輸出端連接；
[0009]所述驅動輪有兩個，兩個驅動輪的輪心通過細桿連接，所述細桿穿過固定在升降伸縮桿下端的螺母，且兩個驅動輪的輪心距所述螺母的距離相等，所述升降伸縮桿的上端固定在跟隨物體的底部。
[0010]本實用新型的有益效果為:
[0011]由上述技術方案可知，本實用新型相對于硬件成本高、響應速度慢的基于圖像識別的跟隨系統，具有很大的成本優勢以及較強的即時響應能力，人機交互性強，具有更好的用戶體驗；同時相對于基于檢測信號強度的跟隨系統而言，本實用新型具有其無法比擬的精度，而且由于跟隨精度取決于傳感器精度，這使得本實用新型的精度不僅可以人為控制，而且擁有很好的提升空間和發展前景。本實用新型可根據實際需要安裝在任何需要跟隨人的物體上，為解放人的雙手提供保障，具有很強的環境適應性和生存能力，同時本實用新型在技術上完美平衡了成本和跟隨精度，穩定性高，在擁有較小誤差的同時實現了低成本，具有良好的可推廣性。
【附圖說明】
[0012]圖1是本實用新型的結構不意圖；
[0013]圖2是本實用新型在購物車上的應用示意圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖和具體實施例進一步說明本實用新型。
[0015]如圖1所示，一種基于室內混合定位的智能跟隨系統，包括設置在跟隨物體上的觸控屏1、主控板2、測距模塊3和驅動模塊4以及被跟隨人員攜帶的手機終端5。主控板2集成有第一主控制器21、第一 W1-Fi模塊22和九軸慣性傳感器23。測距模塊3包括舵機31以及固定在舵機31上的測距傳感器32。驅動模塊4包括驅動電機41以及分別與驅動電機41的驅動軸連接的升降伸縮桿42和驅動輪43。手機終端5集成有第二主控制器51、第二 W1-Fi模塊52、三軸加速度傳感器53和陀螺儀54。
[0016]觸控屏I與第一主控制器21交互式信號連接;九軸慣性傳感器23的信號輸出端與第一主控制器21的信號輸入端連接;三軸加速度傳感器53和陀螺儀54的信號輸出端與第二主控制器51的信號輸入端連接;第二主控制器51通過第二 W1-Fi模塊52和第一 W1-Fi模塊22與第一主控制器21交互式信號連接;第一主控制器21的信號輸出端與舵機31的信號輸入端連接，測距傳感器32的信號輸出端與第一主控制器21的信號輸入端連接;第一主控制器21的信號輸出端與驅動電機41的信號輸入端連接。
[0017]觸控屏I選用USARTHMI，400*240像素，主要功能是人機界面，用于人機交互，通過觸控屏I可以查看第一 W1-Fi模塊22的W1-Fi標識名和后臺系統實時分配的W1-Fi動態密碼，并且通過觸控屏I可以向第一主控制器21輸入跟隨啟動信號和跟隨停止信號。
[0018]第一主控制器21選用Arduino2560芯片，集成在主控板2中，采用USB接口，具有54路數字輸入輸出，適合需要大量1接口的設計。第一W1-Fi模塊22選用ESP8266芯片，是工業級無線串口 W1-Fi模塊，價格低廉，可大規模設置成定位節點。九軸慣性傳感器23選用HMC5883L芯片，采用IIC通信，3.3V電壓供電。
[0019]測距傳感器32可以選用紅外測距傳感器或超聲波測距傳感器，如紅外測距傳感器HC-SR04，性能穩定，測距精度高，盲區(2cm)超近，測距穩定。驅動電機41型號為L298N，功率為251
[0020]本實用新型中的跟隨物體屬于被希望擁有自動跟隨功能的，如購物車、嬰兒車、旅行箱等。
[0021]如圖2所示，以購物車作為跟隨物體為例進行說明，觸控屏I放置在購物車扶手處前端、車籃邊緣，與扶手平行，觸控屏I可以通過串口向第一主控制器21傳送數據，同時第一主控制器21也可以通過串口向觸控屏21發送固定格式的指令以及數據，從而實現人機交互。舵機31通過螺絲螺母固定在車籃前端靠上方邊界處，測距傳感器32放置于舵機31上，可由舵機31的轉動，為第一主控制器21提供前方障礙物距離信息，輔助購物車避開障礙物，安全有效地進行跟隨。
[0022]驅動輪43有兩個，兩個驅動輪43的輪心通過細桿連接，細桿穿過固定在升降伸縮桿42下端的螺母，且兩個驅動輪43的輪心距螺母的距離相等，升降伸縮桿42的上端通過螺絲螺母固定在車籃底部，豎直放置。主控板2也由螺絲螺母固定在車籃底部，與升降伸縮桿42平行。
[0023]本實用新型的工作原理:
[0024]將第一W1-Fi模塊22作為無線訪問接入點，等待手機終端5連入;第一主控制器21將第一 W1-Fi模塊22的W1-Fi標識名和后臺系統實時分配的W1-Fi動態密碼顯示在觸控屏I上，供被跟隨人員查看。被跟隨人員搜索到第一W1-Fi模塊22的W1-Fi標識名，輸入W1-Fi動態密碼，使第二 W1-Fi模塊52連入第一 W1-Fi模塊22，實現手機終端5與跟隨物體唯一配對。第二主控制器51將陀螺儀54和三軸加速度傳感器53檢測的數據轉換成大地坐標系下被跟隨人員的運動方向和加速度信息，作為被跟隨人員的運動向量。第二主控制器51通過第二W1-Fi模塊52和第一 W1-Fi模塊22將被跟隨人員的運動向量連續發送給第一主控制器21。
[0025]第一主控制器21將九軸慣性傳感器23檢測的數據轉換成大地坐標系下跟隨物體的運動方向和加速度信息，作為跟隨物體的運動向量。當第一主控制器21接收到觸控屏I發送的跟隨啟動信號后，結合被跟隨人員的運動向量和跟隨物體的運動向量，判斷出跟隨物體的跟隨方向。第一主控制器21控制舵機31轉向跟隨物體的跟隨方向，測距傳感器32將檢測的跟隨方向的障礙物距離信息反饋給第一主控制器21。第一主控制器21根據跟隨方向的障礙物距離信息，向驅動電機41發送指令，驅動電機41根據第一主控制器21的指令控制升降伸縮桿42和驅動輪43，使跟隨物體完成前進、后退、左右轉彎等動作，對被跟隨人員進行跟隨。
[0026]以上所述實施方式僅僅是對本實用新型的優選實施方式進行描述，并非對本實用新型的范圍進行限定，在不脫離本實用新型設計精神的前提下，本領域普通技術人員對本實用新型的技術方案作出的各種變形和改進，均應落入本實用新型的權利要求書確定的保護范圍內。
【主權項】
1.一種基于室內混合定位的智能跟隨系統，其特征在于:該系統包括設置在跟隨物體上的觸控屏、主控板、測距模塊和驅動模塊以及被跟隨人員攜帶的手機終端，所述主控板集成有第一主控制器、第一 W1-Fi模塊和九軸慣性傳感器，所述手機終端集成有第二主控制器、第二 W1-Fi模塊、三軸加速度傳感器和陀螺儀； 所述觸控屏與第一主控制器交互式信號連接，所述九軸慣性傳感器的信號輸出端與第一主控制器的信號輸入端連接，所述三軸加速度傳感器和陀螺儀的信號輸出端與第二主控制器的信號輸入端連接，所述第二主控制器通過第二 W1-Fi模塊和第一 W1-Fi模塊與第一主控制器交互式信號連接，所述第一主控制器與測距模塊交互式信號連接，所述第一主控制器的信號輸出端與驅動模塊的信號輸入端連接。2.根據權利要求1所述的基于室內混合定位的智能跟隨系統，其特征在于:所述測距模塊包括固定在跟隨物體前端的舵機以及固定在所述舵機上的測距傳感器，所述測距傳感器為紅外測距傳感器或超聲波測距傳感器;所述舵機的信號輸入端與第一主控制器的信號輸出端連接，所述測距傳感器的信號輸出端與第一主控制器的信號輸入端連接。3.根據權利要求1所述的基于室內混合定位的智能跟隨系統，其特征在于:所述驅動模塊包括驅動電機以及分別與所述驅動電機的驅動軸連接的升降伸縮桿和驅動輪，所述驅動電機的信號輸入端與第一主控制器的信號輸出端連接； 所述驅動輪有兩個，兩個驅動輪的輪心通過細桿連接，所述細桿穿過固定在升降伸縮桿下端的螺母，且兩個驅動輪的輪心距所述螺母的距離相等，所述升降伸縮桿的上端固定在跟隨物體的底部。
【文檔編號】G01C21/16GK205608527SQ201620350808
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年4月25日
【發明人】黃林生, 黃錦陽, 劉童金, 徐超, 梁棟, 黃震, 鄭玲, 張東彥, 趙晉陵
【申請人】安徽大學