智能跟隨防撞小車和防撞方法專利

1、本發(fā)明公開了一種智能跟隨防撞小車及對應(yīng)的防撞方法，該小車包括車架、車輪、無線信號傳感器、驅(qū)動器和控制器；車架前部下方設(shè)置有兩個驅(qū)動輪，后部下方設(shè)置有兩個萬向輪；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)對稱地設(shè)置有兩組超聲波傳感器，紅外線發(fā)射裝置為遠程無線遙控裝置；驅(qū)動輪連接有所述驅(qū)動器，驅(qū)動器與控制器連接；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連接的紅外定位模塊、超聲波測距模塊和驅(qū)動模塊。本發(fā)明適用于機場等場合乘客行李搬運，也適合于商場的職能購物車，及大型車間的工具搬運等，具有廣闊的市場前景。 1、一種智能跟隨防撞小車

2、，包括車架、車輪、無線信號傳感器、驅(qū)動器和控制器；其特征在于：所述車輪包括驅(qū)動輪和萬向輪，所述車架前部下方設(shè)置有兩個驅(qū)動輪，后部下方設(shè)置有兩個萬向輪；所述無線信號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)射裝置為遠程無線遙控裝置；所述驅(qū)動輪連接有所述驅(qū)動器，所述驅(qū)動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連接的紅外定位模塊、超聲波測距模塊和驅(qū)動模塊。2、如權(quán)利要求1所述的智能跟隨防撞小車，其特征在于

3、：其還包括一雷達，所述雷達的工作電壓范圍為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：所述超聲波測距模塊的工作電壓范圍為2.4V-5.5V直流電，探測距離為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)動模塊采用L298N雙H橋直流電機驅(qū)動芯片。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人體發(fā)出的電磁波；步驟二：所述超聲波傳感器將接收

4、的電磁波信號發(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的強弱，若左側(cè)信號強，則右輪加速；若右側(cè)信號強，則左輪加速；若信號強度相同，則左右輪同速；步驟三：所述紅外線接收裝置接收所述遠程無線遙控裝置發(fā)出的信號，并發(fā)送至所述中心控制模塊，所述中心控制模塊計算跟隨距離；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到有遮擋物的距離小于50cm，則小車自動停止；若遮擋物的距離大于50cm，則小車繼續(xù)按預(yù)設(shè)程序前進并檢

5、測。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)在機場、高鐵站、超市等場合，人們一般會拖運較多重物；雖有推車等工具協(xié)助搬運，但一旦需要接電話、喝水等簡單行為，則需要停止搬運。另外，對于搬運工具的安全也需要自己格外小心。在電子自動化日益成熟的今天，可設(shè)計一種能夠智能跟隨的小車，來幫助人們搬運行李，最大程度減輕人們在旅行途中的負擔(dān)。申請?zhí)枮镃N201210379250.1的專利提出了一種“自動跟隨行李箱”，通過采用電力驅(qū)動，能夠隨著攜帶控制器的人的行走軌跡運動，而無需拖曳。但該專利僅提出了機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，并未公開具體的控制過程和控制模塊的

6、選用和電路連接。申請?zhí)枮镃N201320189204.5的專利也提出了一種自動跟隨小車及自動跟隨行李箱，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。為實現(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、無線信號傳感器、驅(qū)動器和控制器；所述車輪包括驅(qū)動輪和萬向輪，所述車架前部下方設(shè)置有兩個驅(qū)動輪，后部下方設(shè)置有兩個萬向輪；所述無線信號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

7、紅外線接收裝置兩側(cè)對稱地設(shè)置有兩組所述超聲波傳感器，所述紅外線發(fā)射裝置為遠程無線遙控裝置；所述驅(qū)動輪連接有所述驅(qū)動器，所述驅(qū)動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連接的紅外定位模塊、超聲波測距模塊和驅(qū)動模塊。優(yōu)選地，所述智能跟隨防撞小車還包括一雷達，所述雷達的工作電壓范圍為3.3V-20V直流電，發(fā)射功率2mW。（圖紙中沒有雷達，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，請確認是不是有三個檢測裝置：紅外、雷達和超聲波？如果是，請分別說明作用，和三個的工作流程（即信號檢測運算的先后順序、檢測數(shù)值的交叉計算等）優(yōu)選地，所述超聲波測距模

8、塊的工作電壓范圍為2.4V-5.5V直流電，探測距離為2cm-450cm。優(yōu)選地，所述驅(qū)動模塊采用L298N雙H橋直流電機驅(qū)動芯片。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的強弱，若左側(cè)信號強，則右輪加速；若右側(cè)信號強，則左輪加速；若信號強度相同，則左右輪同速；步驟三：所述紅外線接收裝置接收所述遠程無線遙控裝置發(fā)出的信號，并發(fā)送至所述中心控制模塊，所

9、述中心控制模塊計算跟隨距離；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到有遮擋物的距離小于50cm，則小車自動停止；若遮擋物的距離大于50cm，則小車繼續(xù)按預(yù)設(shè)程序前進并檢測。本發(fā)明的智能跟隨防撞小車，在通電狀態(tài)下，目標人體身上的電磁波發(fā)射器發(fā)出的信號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)這兩組信號強弱判斷目標人體的相對方位；當(dāng)一組超聲波傳感器收到的信號較強時，可斷定目標人體偏向該管，小車轉(zhuǎn)向該向行駛。通

10、過設(shè)定較短的時間，在行駛過程中不斷進行兩端信號的對比，使小車始終朝著目標人體的方向行駛；當(dāng)兩組超聲波傳感器收到等強的信號后可斷定目標在前方，可令小車前行或停止（根據(jù)單片機設(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，低于最小值時小車減速，超過最大值時加速）；當(dāng)車體周圍存在障礙物（<50cm）時,啟動避障系統(tǒng)。本發(fā)明成本低廉，便于推廣。適用于機場、高鐵站等場合乘客行李搬運，也適合于大型商場的職能購物車，還有大型車間中設(shè)備檢驗人員的工具搬運等多種場合，具有廣闊的市場前景和可觀的經(jīng)濟效益、社會效益。附圖說明圖1為本發(fā)明的智能跟隨防撞小車的使用狀態(tài)示意圖；圖2為本發(fā)明的智能跟隨防撞

11、小車的自動跟隨流程圖；圖3為本發(fā)明的智能跟隨防撞小車的信號傳輸模塊圖。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單片機的管腳圖。圖7為本發(fā)明的智能跟隨防撞小車的實地測試結(jié)果。標號說明：紅外線發(fā)射裝置1,電機支座2,單片機控制系統(tǒng)3,車架4,萬向輪5,驅(qū)動器6,電機7,驅(qū)動輪8,超聲波傳感器9，紅外線接收裝置10，目標人體11。具體實施方式下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人

12、員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。需要說明，若本發(fā)明實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位置關(guān)系、運動情況等，如果該特定姿態(tài)發(fā)生改變時，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)動器6和控制器（即單片機控制系統(tǒng)3）；其中所述車輪包括驅(qū)動輪8和萬向輪5，所述車架4的前部下方設(shè)置有兩個驅(qū)動輪8，后部下方設(shè)置有兩個萬向輪5；所述無線信號傳

13、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為遠程無線遙控裝置，可裝設(shè)于目標人體的身上；所述驅(qū)動輪8連接有所述驅(qū)動器6，所述驅(qū)動器6與所述控制器連接。使用時，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，并將該信號發(fā)送至控制器，控制器經(jīng)過運算初步判斷目標人體與小車的距離，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、后退或是停止。同時兩組所述超聲波傳感器9也向目標人體發(fā)出信號，并接收

14、反饋的信號，再將接收的反饋信號傳遞給控制器；控制器根據(jù)這兩組反饋信號強弱判斷目標的相對方位；當(dāng)一組接收管收到的信號較強時，可斷定目標偏向該管的方向，則小車轉(zhuǎn)向該向行駛。可預(yù)設(shè)一個較短時間，使其在該段行駛時間內(nèi)，不斷地進行兩組信號的對比，從而使小車始終朝著目標人體的方向行駛。當(dāng)兩組超聲波傳感器9的接收機收到等強的信號時，則可斷定目標在前方，可令小車前行或停止。前進或停止的觸發(fā)距離可預(yù)設(shè)在1m到2m之間。當(dāng)小車與目標人體的距離在該范圍內(nèi)，則保持正常前進，若低于距離最小值時，小車減速；若超過距離最大值則加速前進。同時，還需設(shè)置防撞機制：當(dāng)車體周圍存在障礙物時，啟動壁障機制?？深A(yù)設(shè)當(dāng)距離小車50cm以

15、內(nèi)有遮擋物時，則判斷周圍存在障礙物；壁障機制可以為繞開，當(dāng)無法繞開始則停止。為了達到順利地跟隨并繞開障礙物的目的，所述控制器需和各個傳感器及執(zhí)行裝置的硬件保持即時的信號連通，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、超聲波測距模塊和驅(qū)動模塊信號連通。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)動模塊包括驅(qū)動器6和驅(qū)動輪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，所述雷達的工作電壓范圍為3.3V-20V直流電，發(fā)射功率2mW。在圖示的實施例中選用的雷達

16、參數(shù)如下：1、模塊工作電壓：3.3-20VDC；2、待機靜態(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）；6、輸出信號：TTL電平，高有效； 高電平3.3V 低電平0V；7、探測角度：360°（球面）無死角；8、探測距離：6-9米（訂購時可選）。默認設(shè)定8米；9、工作延時：1秒到幾百秒（訂購時可選）,默認設(shè)定30S；10、光敏控制：根據(jù)外界的光線強度控制感應(yīng)模塊的工作狀態(tài)，達到節(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)為主動式傳感器，感應(yīng)器發(fā)射高頻電磁波并接收他們的回波。此感應(yīng)器探測回波內(nèi)的變化甚

17、至是真探測范圍內(nèi)微小的移動，然后微處理器觸發(fā),執(zhí)行指令.信號通過門、玻璃板及薄的墻壁都有可能被探測到，本產(chǎn)品抗干擾能力強，幾乎不受風(fēng)，熱等外籍環(huán)境因素的干擾。本實施例中的超聲波測距模塊的工作電壓范圍為2.4V-5.5V直流電，探測距離為2cm-450cm。主要技術(shù)參數(shù)如下表：表1. 超聲波測距模塊技術(shù)參數(shù)電氣參數(shù)US-100超聲波測距模塊工作電壓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度探測距離2cm-450cm探測精度0.3cm+1%UART模式下串口配置波特率9600，起始位1位，停止位1位，數(shù)據(jù)位8位，無奇偶校驗，無流

18、控制。所述中心控制模塊采用Arduino Uno處理器，所述驅(qū)動模塊采用L298N雙H橋直流電機驅(qū)動芯片。如圖3所示，本系統(tǒng)主要由雷達傳感器、Arduino Uno、直流電機、超聲波傳感器模塊、L298N電機驅(qū)動模塊組成，其主要功能是通過雷達傳感器發(fā)射信號（有的地方叫雷達，有的是雷達傳感器，有的是雷達傳感器發(fā)射信號，請確認具體名稱；另外，請明確本文所說的雷達傳感器是否只包括發(fā)射信號部分，而不包括接收信號部分？或是都包括），Arduino采集雷達傳感器的左右信號（Arduino采集雷達信號指的是純軟件接收雷達反饋的信號，還是自帶有采集電路？如果帶有采集電路，請在圖5中更詳細的表示出來），經(jīng)過Ar

19、duino 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，來判斷跟隨的距離。Arduino Uno 是一款開源電子原型平臺，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，編譯成二進制文件，燒錄進微控制器 對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)來實現(xiàn)的。基于Arduino Uno的項目，可以只包含Arduino Uno，也可以包含Ardui

20、no Uno和其他一些在PC上運行的軟件，他們之間進行通信 (比如 Flash, Processing, MaxMSP)來實現(xiàn)。根據(jù)前述的智能跟隨防撞小車的結(jié)構(gòu)設(shè)計和程序設(shè)計，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的強弱，若左側(cè)信號強，則右輪加速；若右側(cè)信號強，則左輪加速；若信號強度相同，則左右輪同速；步驟三：所述紅外線接收裝置接收所述遠程無線遙控裝置發(fā)出的信號，并發(fā)送至所述中心控制模塊，所述中心控制模塊計算跟隨距離；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；（請確認是否正確？因為之前的文件中并沒有描述雷達的參與，是否將此處的紅外傳感器替換為雷達了？如果沒有，請描述雷達的參與步驟和作用）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到有遮擋物的距離小于50cm，則小車自動停止；若遮擋物的距離大于50cm，則小車繼續(xù)按預(yù)設(shè)程序前進并檢測。由于本設(shè)計在定位、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，僅需將集成的QTI循