一种智能跟随系统的制作方法

本发明涉及定位跟随技术领域，特别是涉及一种智能跟随系统。

背景技术：

现实生活中的很多场景下，携带的某些物品往往需要人为干预才能很好的跟随主人，比如购物车、婴儿车、行李箱以及自拍类无人机等，要么通过手牵着或者拉着，要么通过遥控控制等，都需要过多的人为参与，很多时候由于疏忽导致物品丢失。

虽然现有技术中已经出现一些能够实现定位功能的产品或技术出现，但是这些产品或技术都面临定位精度不够准确，容易受周围环境影响等缺陷，因此，无法实现有效的定位，从而无法实现智能跟随。

技术实现要素：

本发明主要解决的技术问题是如何实现智能化定位跟随。

有鉴于此，本发明实施例提供一种智能跟随系统，通过对目标物进行定位测距，根据目标物的方位和距离信息生成对应的跟随控制指令，根据跟随控制指令控制跟随物进行移动以跟随目标。从而实现了智能化自动定位跟随，减轻用户的负担。

为解决上述技术问题，本发明实施例的第一方面，提供一种智能跟随系统，所述智能跟随系统包括主控模块以及分别与所述主控模块电连接的定位模块和执行模块，其中：所述定位模块用于对目标物进行定位测距，并将所述目标物的方位和距离信息输出给所述主控模块；所述主控模块用于根据所述目标物的方位和距离信息，生成对应的跟随控制指令，并将所述跟随控制指令输出给所述执行模块；所述执行模块用于根据所述跟随控制指令控制跟随物进行移动以跟随所述目标物。

其中，所述定位模块包括超声波定位单元、电磁波定位单元、机器视觉定位单元以及惯性导航定位单元中的至少一个。

其中，所述智能跟随系统还包括避障模块，所述避障模块用于监测所述跟随物在所述移动过程中的障碍物，并生成对应的策略指令输出给所述主控模块，所述主控模块将所述策略指令输出给所述执行模块，所述执行模块根据所述策略指令控制所述跟随物的移动。

其中，所述避障模块包括红外避障单元、超声波避障单元、视觉避障单元以及激光避障单元中的至少一种。

其中，所述智能跟随系统还包括功能模块，所述功能模块用于根据用户的请求，反馈便利信息和/或安全功能信息。

其中，所述功能模块包括电子秤功能单元、gps功能单元、移动电源功能单元、防拆功能单元以及出行助理功能单元中的至少一种。

其中，所述跟随系统还包括交互模块，所述交互模块用于接收控制者的操控信息，将所述操控信息转换为对应的操控指令，并将所述操控指令输出给所述主控模块，所述主控模块将所述操控指令输出给所述执行模块或所述功能模块，所述执行模块或所述功能模块根据所述操控指令执行相应的操作。

其中，所述操控信息包括语音交互控制信息、手势控制信息和遥控控制信息中的至少一种。

其中，所述智能跟随系统还包括电源模块，所述电源模块用于给所述智能跟随系统供电。

其中，所述执行模块包括核心控制单元、电源单元、通信单元、调试单元以及电机控制单元。

本发明提供的技术方案与现有技术相比存在的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明智能跟随系统通过定位模块对目标物进行定位测距，主控模块根据目标物的方位和距离信息，生成对应的跟随控制指令，执行模块根据跟随控制指令控制跟随物进行移动以跟随目标物。通过这样的方式，能够实现智能化定位跟随，减少用户的人为操作参与，方便用户。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种智能跟随系统的结构示意图；

图2是本发明实施例中利用至少4个发射器发射的电磁波计算得到目标物相对于跟随物的方位的方法流程示意图；

图3是本发明实施例提供的超声波定位算法中建立坐标系的示意图；

图4是本发明实施例提供的电磁波定位算法中建立坐标系的示意图；

图5是本发明实施例提供的双目视觉目标定位原理示意图；

图6是本发明另一个实施例中执行模块的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的横向型障碍物测障示意图；

图8是本发明实施例提供的陡坡型障碍测算示意图；

图9是本发明实施例提供的凹坑障碍测算示意图；

图10是本发明实施例提供的槛型障碍测算示意图；

图11是本发明实施例的避障模块的结构示意图；

图12是本发明实施例提供的避障模块的系统框架图；

图13是本发明实施例的功能模块的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

以下描述中，为了说明而不是为了限定，给出了诸多技术特征的说明示意图，以便透切理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

参阅图1，图1示出了本发明实施例提供的一种智能跟随系统的结构示意图，为了便于说明，图1仅示出了与本发明实施例相关的部分，图1示例的智能跟随系统100包括主控模块11以及分别与主控模块11电连接的定位模块12和执行模块13，其中：

定位模块12用于对目标物进行定位测距，并将目标物的方位和距离信息输出给主控模块11。

其中，请进一步参阅图2，图2是本发明实施例中的定位模块的其中一种结构示意图，本发明实施例中的定位模块12进一步可以包括超声波定位单元121、电磁波定位单元122、机器视觉定位单元123以及惯性导航定位单元124中的一个或者多个的组合。当同时包括多个定位单元时，每个定位单元均具备独立工作的能力，可以独立实现定位并将目标物的方位和距离信息输出给主控模块11，主控模块11可以根据其中一个或者多个定位单元的信息进行综合处理，以得到准确的方位和距离，从而生成跟随控制指令输出给执行模块13。因此，在硬件设计中，可以根据实际需要选择一个或者多个定位单元，不影响具体功能实现。当然，当综合选取多个定位单元配合使用，会使得定位信息更加准确。

其中，超声波定位单元121、电磁波定位单元122均是利用多个超声波或电磁波装置来测定每个装置之间的距离，然后计算出目标物的距离和方位。

超声波定位单元121实现定位的具体实现是通过在跟随物上安装一组超声波接收器来组成接收阵列，通过接收携带在目标物上的超声波发射器发射的超声波，来计算出超声波发射器与接收器的距离和方位。其实现原理是根据检测超声波传输的时间，结合声波传输的速度计算出每个接收器与发射器的距离，以接收器组成的接收阵列中的某一个点为原点，建立三维坐标系，从而解算出目标物的坐标，计算得到需要跟随的距离和角度。

另外，由于收发器必须时钟同步，所测得的超声波传输时间才有效，所以在实际实现过程中，可以通过无线电信号的方式实现时钟同步。当系统启动时，接收器先发出一个接收器先发出一个无线电信号到发送器，由于两者的距离较近(2米范围)，所以无线电波的传输时间基本可以忽略不计。当发射器收到无线电信号后，立即发送超声波信号。当接收器收到超声波信号后，其发射无线电信号和接收到超声波信号之间的时间差，即为超声波的传输时间。再用传输时间和超声波传输速度的函数关系，解算出距离信息。

接收阵列中的其他接收器在发射无线电信号时均为同时发射，由于距离不同，所以接收的时间不同，按照上述方式同样可以计算出各个接收器距发射器的距离。

由于超声波在空气中传播速度受到温度和气压的影响，因此，作为一种优选的实现方式，还需要检测环境温度和气压，用来确定超声波的传输速度。

其中，接收器和发射器在设计上可以互换，根据实际产品选择使用对应的设计方式。

其中，接收器的数量取决于定位跟随系统的应用场合，在能够确定目标物相对于跟随物的方位的前提下，只需要设置至少2个接收器即可实现定位跟踪。例如跟随物是车辆的话，目标物总是位于跟随的车辆的上面和前方，而跟随物是无人机的话，目标物通常总是位于跟随物的前面和下方。跟随物是自拍类无人机的话，目标物都要位于跟随物的后面和下方。

也就是说，这种情况下，可以通过预设的系统参数设定目标物相对于跟随物的方位，从而可以通过至少2个接收器就可以实现定位跟随。

但是，对于定位跟随系统应用于不能明确确定目标物相对于跟随物的方位时，则至少需要设置4个接收器，通过第3个、第4个接收器接收的超声波来辅助确定目标物在空间上的方位。

而在实际应用过程中，除4个超声波接收器以外，还可以另外增设1个或多个超声波接收器，每个超声波接收器接收的超声波都能计算得到一个目标物的坐标，用来辅助校正目标物的坐标，使得定位更准确。

其中，请进一步参阅图3，图3是本发明实施例提供的超声波定位算法中建立坐标系的示意图，本发明实施例以其中3个接收器为例，详细说明本发明中定位的算法。如图所示，在二维平面上，通过在接收器a\b\c和目标物t之间的测距方法测出ta\tb\tc的长度，在平面abc上建立坐标系，z轴垂直于平面abc。a\b\c点的坐标已知，由ta/tb/ab的长度(测得的距离)可以计算出t和t’两点，并且这两点基于直线ab对称。又按照tc的长度，判定t’不是真实的目标点，从而确定t点的坐标。再根据平面abc和跟随物和目标所处的平面(简称跟随平面)的夹角，即可确定目标在跟随平面的位置信息。在产品设计上，可以通过结构设计的方法，让平面abc和跟随平面重合或平行，从而减少计算量。

对于定位跟随系统而言，还需要考虑空间位置。所以借助第4个测距装置，即可解算出三维空间里目标物的正确坐标。

其中，上述的接收器和发射器都是全向接收器和全向发射器。

在具体硬件实现上，超声波定位单元121设计分为发射装置和接收装置。具体地，发射装置由由一片stm32mcu作为核心，一个基于433mhz无线电的通信模块，一个max232驱动的超声波发射模块，一套3.7v锂电池电源作为供能，共同构成。

具体实现时，接收装置由一片stm32mcu作为核心，一个基于433mhz无线电的通信模块，四个lm324驱动的超声波接收器，一套3.7v锂电池电源作为供能，一个18b20温度传感器共同组成。接收装置的4个接收器可以组成一个水平面上360°接收方向的接收阵列。

其中，本发明实施例的电磁波定位单元122，是基于电磁波的rssi(receivedsignalstrengthindication，接收的信号强度指示)，通过在目标物上设置全向接收器，跟随物上设置发射器，并由2个以上的发射器组成发射阵列，通过接收到的信号强弱测定阵列中各个信号发射点与接收点的距离，进而根据相应数据进行定位计算。

其中，跟随物上设置至少2个发射器组成发射阵列，在系统开机时，发射器分别按照所设定的时隙发射相同频率的电磁波信号。

为避免发射阵列中的信号互相叠加，而影响信号强度，所以本发明实施例采用分时发射的方法。例如1号发射器发射信号时，2号发射器处于关断状态，确保此时接收阵列检测到的信号唯一性。在经过一个极小的时隙(预定时隙)以后，2号发射器工作，1号发射器关断。当1、2号发射器都发射过信号，并且接收阵列也均通过上述方法检测出接收阵列和各个发射器之间的距离时，记为一个检测周期。因为选择的时隙较小(例如1毫秒)，目标物(比如人体)在时隙内移动的距离可以忽略不记，所以可以认为这个检测周期内检测到的距离，就是目标物分别距离1、2号发射器的距离。当设置2个以上发射器时，电磁波发射以及检测周期以此类推。

这里所设定的时隙，是为实现分时发射预先设定的时隙间隔，目的是使得其中任意一个发射器在发射电磁波信号时，其他发射器都保持关闭状态。

其中，本发明实施例中，发射器的数量取决于定位跟随系统的应用场合，在能够确定目标物相对于跟随物的方位的前提下，只需要设置至少2个全向接收器即可实现定位跟踪。例如跟随物是车辆的话，目标物总是位于跟随的车辆的上面和前方，而跟随物是无人机的话，目标物通常总是位于跟随物的前面和下方。跟随物是自拍类无人机的话，目标物都要位于跟随物的后面和下方。

也就是说，这种情况下，可以通过预设的系统参数设定目标物相对于跟随物的方位，从而可以通过至少2个发射器就可以实现定位跟随。

但是，对于定位跟随系统应用于不能明确确定目标物相对于跟随物的方位时，则至少需要设置4个发射器，通过第3个、第4个发射器发射的电磁波来辅助确定目标物在空间上的方位。

当然，在实际应用过程中，除4个电磁波发射器以外，还可以另外增设1个或多个电磁波发射器，每个电磁波发射器发射的电磁波都能计算得到一个目标物的坐标，用来辅助校正目标物的坐标，使得定位更准确。

作为一种优选的实现方案，目标物上的全向接收器上采用全向天线检测信号，但是由于目标物携带全向接收器的方式可能会产生变化，全向天线虽然能够接收到信号，但是如果天线位置变化，接收到的信号强度会产生变化，从而引起测量误差，所以在本发明实施例中，多个全向接收器组成一个环形接收阵列，在接收到信号时，多个全向接收器都会接收到信号，通过平均值计算环形阵列圆心处的信号强度(电压幅值)，来计算距离。

作为一种具体的实现方式，目标物上的全向接收器由3个全向接收天线构成接收阵列，当接收阵列检测到电磁波信号时，通过一片亚德诺半导体公司的ad8307ic芯片，可以将信号强度转化为可以测量的电压幅值。通过比对电压幅值和距离的关系，来计算出接收阵列与该发射器的距离。

请进一步参阅图4，图4是本发明实施例提供的电磁波定位算法中建立坐标系的示意图。本发明实施例以其中2个发射器为例，详细说明本发明中定位的算法。如图所示，以全向接收器t和发射器1、2构成的跟随平面上建立坐标系，默认全向接收器在发射器前方(即目标物在跟随物的前方移动)，因为测得了l1\l2的长度，在发射器安装时已知o1o2的长度，o为o1o2的中点，所以可以计算出t点的坐标，进而解算出to的长度(跟随的距离)和to与x轴的夹角θ(跟随的角度)。

对于定位跟随系统而言，如果不确定目标物的方位，还需要考虑空间位置。所以借助第3个、第4个测距装置，即可解算出三维空间里目标物的正确坐标。

由于电磁波有衍射、反射、相互叠加等特性，需要确保所生成的电磁场稳定均匀，且不易受到干扰。因此，为实现本发明的技术方案，所选用的电磁波频段需要有较大的波长(远大于跟随物与目标之间的距离)，容易发生衍射，不易被反射，从而较易绕过障碍物。又因为目前生活环境内的常见电磁波多为移动通信、wifi、蓝牙、无线广播等，要避免受到空间中这些电磁波的干扰，所以本发明需要选择一个不常用的无线电波频段。

其中，作为一种具体的实现方式，本发明实施例中，电磁波信号选用125khz的无线电磁波信号。

其中，本发明实施例中的机器视觉定位单元123(计算机视觉定位单元)是利用在跟随物上装置两个摄像头，摄取图像信号，并从中根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号，图像系统对这些数字化信号进行各种运算来抽取目标物的特征，从而确定目标物。当目标物确定以后，根据每个摄像头与景深的关系，计算出单个摄像头和目标的距离，然后再通过多个摄像头的不同距离，用三角定位法解算出目标的方位和距离。

其中，在具体实现时，本发明实施例的机器视觉定位单元可以是由armcortexa9作为核心处理芯片的核心板为主，运行linux操作系统，连接两个定焦摄像头，将采集的数据通过usb和can总线传到flash中进行处理。

其中，请进一步参阅图5，图5是本发明实施例提供的双目视觉目标定位原理示意图，如图所示，p为目标点，o1、o2分别为同焦距的1号摄像头和2号摄像头的光心。p1、p2分别为目标点p在两个摄像头底片上的投影，d是摄像头平面到目标点平面的距离，即深度，根据相似三角形原理，那么d＝bf/(m+n),其中b为两个摄像头光心的距离，f为焦距，m、n分别为投影点在底片上距离底片中心的距离。根据三角函数公式可以计算出目标点p和两个摄像头光心的中心点o的偏角。

其中，本发明实施例的惯性导航定位单元124是利用惯性元件例如加速度计来测量运载体本身的加速度，经过对时间积分和运算得到速度和位置，然后通过二次积分运算得到位移长度(跟随的距离)和位移方位(角度)。

该定位单元通过在目标物上携带一个惯性导航定位装置，实时计算目标物的轨迹(距离+角度)，再将轨迹通过无线通信的方式传送回跟随物。跟随物即按照接收到的轨迹运动，并且跟随物上同样携带有惯性导航定位装置，用于修正跟随物按目标轨迹运动时，自身运动轨迹是否与目标轨迹重合。

惯性单行定位单元124在具体实现时，可以由stm32mcu作为核心处理芯片，通过三个传感器：加速度陀螺仪mpu6050，气压计bmp085，磁力计hmc5883，将采集的数据通过i2c接口传给stm32处理，进行姿态解算，和主控模块通过串口通信，供电由电源模块分压5v供电。

主控模块11用于根据目标物的方位和距离信息，生成对应的跟随控制指令，并将跟随控制指令输出给执行模块13。

本发明实施例中主控模块11的作用是处理其他功能模块发送到主控模块11的信息，并且按照需要，接收某些功能模块的数据信息，进行结算并生成控制指令，发送给执行模块13执行。

在具体实现时，本发明实施例出于数据计算量以及cpu成本仅使用了一颗意法半导体(st)公司出品stm32f103cb的32位arm微处理器，但可以根据需要替换成其他型号的处理器。

执行模块13用于根据跟随控制指令控制跟随物进行移动以跟随目标物。

执行模块13的作用是当接收到主控模块11传达的位置信息(距离和方位)以后，解算成电机的转速，达到使跟随物移动到指定位置的，目的，并将执行时发生的参数变化和执行情况反馈给主控模块11。

请进一步参阅图6，图6是本发明另一个实施例中执行模块的结构示意图。如图所示，本实施例中执行模块13进一步包括核心控制单元131、电源单元132、通信单元133、调试单元134以及电机控制单元135。其中：

核心控制单元131是整个执行模块的核心大脑，用于处理解析主控模块11发送过来的指令后，处理执行模块13的具体操作，并将执行后的状态量反馈回给主控模块11。

电源单元132是将主电源输入过来能量通过转换，转为执行模块13所需的电压，并为其他模块提供合适的电源。其还可以包含过压保护、欠压保护、过流保护、反向输入保护、智能控制开关。

通信单元133用于接收主控模块11的指令和反馈执行模块13的状态，为整个通信提供安全可靠的渠道，其还可以包含有esd保护、过压保护、反向接入保护。

调试单元134用于调试开发或者软件升级，通过串口与上位机通信，为适应不同上位机产品，其通信接口为标准隔离串口，能够适应各种电压接口，并提供esd保护和瞬间大电流冲击、支持热插拔等功能。

电机控制单元135将执行命令转化为执行动力，其可控制多个电机同时动作且互不影响，速度检测和霍尔检测互不干扰，可作三相全桥控制。能适用于无刷直流电机、有刷电机、步进电机、伺服电机。并具有电流检测、电压检测、速度检测、温度检测、提供多重保护功能比如过压保护、过流保护、堵转保护、高温保护。

其中，本发明实施例中，执行模块13的执行优选采用电机独立驱动，差速转向的方式进行运动。左右电机均固定在底盘上，当两个电机转速同向一致时，跟随物实现前进或后退。当两个电机转速有差异时，跟随物向转速较低的一侧转向，也可以让一侧逆前进方向转动，以达到更快向该侧转向的目的。

其中，请继续参阅图1，在另一个实施例中，本发明的智能跟随系统100还可以进一步包括避障模块14，避障模块14用于监测跟随物在移动过程中的障碍物，并生成对应的策略指令输出给主控模块11，主控模块11将策略指令输出给执行模块13，执行模块13根据策略指令控制跟随物的移动。

避障模块14的作用是检测出跟随物行进路线上的障碍物，并传出相应的对应策略指令给主控模块11，由主控模块11结合跟随运动指令的处理后，传达到执行模块13。根据障碍物的外型特点，将之分为5类障碍，本发明实施例中避障模块分别对应的处理机制(即策略指令)如下：

1、移动障碍。移动障碍的表现特征为出现一段时间内会消失。避障模块14的处理机制是先停止，障碍物消失后继续移动。

2、横向型障碍。横向型障碍的表现特征是障碍的高度大于宽度，无法从上方越过。避障模块14的处理机制是先停止，如果依旧监测到障碍，发出报警信号。请参阅图7，图7是本发明实施例提供的横向型障碍物测障示意图，预先设定安全距离s，并在跟随物上设置多个测障探测器，当任何一个探测器测得的障碍距离s’小于s时，即认为有障碍。

3、陡坡型障碍。陡坡型障碍的特征是离水平面开始有坡度，其进入角或离去角大于预设通过的角度。避障模块14的处理机制是先停止，如果依然检测到障碍，发出报警信号。比如如图8所示，图8是陡坡型障碍测算示意图，如图所示，当跟随物沿斜面向上时，根据基本物理特性上行拉力f要大于等于跟随物所受的摩擦力f和重力分力g×之和，所以f＝f+g×＝μ×g×+g×＝μ×mg×+mg×(μ为摩擦系数,m为跟随物质量，g为重力加速度)；同理，当下坡时f＝μ×mg×-mg×；所以可以解得进入角α＝–arctan(μ)，离去角β＝+arctan(1/μ),其中上坡的f由执行模块的电机输出最大功率和摩擦系数决定，μ根据轮胎特性和地面场景，提前设定。

4、凹坑型障碍。凹坑型障碍的特征是平直路线上出现的低于平面的障碍。避障模块14的处理机制是判断障碍的深度，如果深度小于预设值，那么直接通过；如果深度大于预设值，那么停止，并发出报警信号。比如图9所示，图9是本发明实施例提供的凹坑障碍测算示意图，如图所示，把测障传感器向下以γ角度斜置，由于离地高度h为固定值，则在平面上安全运行的探测长度l＝h/,当探测到探测长度l’>l时，即可知前方存在凹坑。凹坑的深度h’＝l’×。

5、槛型障碍。槛型障碍的特征是障碍的宽度远大于障碍的高度。避障模块14的处理机制是判断障碍的高度，如果高度小于预设值，那么直接通过；如果高度大于预设值，那么停止，并发出报警信号。比如图10所示，图10是本发明实施例提供的槛型障碍测算示意图，测障传感器向下以γ角度斜置，由于离地高度h为固定值，当探测到探测长度l’<l时，即可知前方存在槛障，测量高度h’＝l’×。则槛障的高度＝离地高度h-测量高度h’。

其中，请进一步参阅图11，图11是本发明实施例的避障模块14的结构示意图，如图所示，避障模块14可以包括红外避障单元141、超声波避障单元142、视觉避障单元143以及激光避障单元144中的一个或者多个组合使用。

其中，本发明的测障模块14在具体实现时，可采用红外测障、超声波测障和视觉测障等手段，可选用一种避障功能或多种避障功能联合。还可以采用激光雷达测障，其测障的物理原理和算法和红外线、超声波方式一致，只是测障的媒介使用激光，以适应更高的要求。各测障功能模块的测障原理如下：

1.红外测障：红外避障原理，是通过主模块通过通信下达避障探测命令，红外避障处理器在接收到命令后，控制发射驱动器，发射头发出红外光，当遇到障碍物后反射回来，接收到接收到红外信号后通过接受驱动转换成电信号，传回给处理器，处理器通过发送和接受的信号计算出距离后，将信息通过通信反馈回给主控模块。

2.超声波测障：超声波避障的工作方式跟红外避障类似，只是采用超声波探测，当接收到主控的避障探测命令后，超声波处理器驱动超声波发送模块发射特定频率的超声波，遇到障碍物后通过接受头接收到超声波信号，并经过驱动器转换成电信号后给处理器识别，并算出时间差从而计算出距离，并将距离信息通过通信反馈回给主控模块。

3.激光tof测障：激光tof测障的工作方式是采用激光探测，通过光子的反射测距。利用一块st的flightsense采用计算发射和返回的光子时间差，即计算飞行时间(tof)方案计算障碍物的距离，并将距离信息通过通信反馈回给主控模块。

4.视觉测障：当视觉避障处理器接收到主控的避障命令后，控制一个或多个摄像头获取周围环境图片信息，并将图片信息整定融合后，抓取出需要的障碍物形状距离等信息，并将这些信息通过通信反馈回给主控模块，让主控模块判断是否做避障处理。

其中，请参阅图12，图12是本发明实施例提供的避障模块的系统框架图，由于目标物(比如人)本身不会刻意碰撞障碍，所以当跟随物识别前方障碍物以后，此时采取停止继续前进的机动，但是跟随系统依然生效，此时主控模块依然会接收到目标的距离信息和方位角度信息。跟随物只依据角度信息进行原地旋转，直到测障传感器不再检测到障碍，然后再依据获得的下一组目标物的距离信息和方位角度信息进行跟随运动。

请继续参阅图1，在另一个实施例中，本发明的智能跟随系统100还可以进一步包括功能模块15，功能模块15用于根据用户的请求，反馈便利信息和或安全功能信息。

请进一步参阅图13，图13是本发明实施例的功能模块15的结构示意图，如图所示，当本发明的智能跟随系统应用于行李箱上时，本实施例的功能模块15包括电子秤功能单元151、gps功能单元152、移动电源功能单元153、防拆功能单元154以及出行功能单元155中的一种或多种的组合。

电子秤功能单元151能够自动测定箱子及其内部行李的总重量，方便旅行进行航空托运。其原理是是在箱子拉手处设置拉力传感器，当箱体被提起时，拉力传感器所测得的重量信息会通过蓝牙模块传送到app。

gps功能单元152是使用gps定位模块记录gps坐标，通过内置的gprs模块发送坐标数据到服务器，用户可以使用手机app查看。当用户打开手机app的地图时，app自动下载匹配的行李箱数据，并标识在app内置的地图上。以此功能为基础，可以进行旅行轨迹的记录，也可以进行丢失以后在地图上的定位查找。本发明的gps也可替换为glonass、北斗、galileo等其他民用卫星定位系统。

移动电源功能单元153可以提供1个或多个usb接口，为旅行者的常用电子设备提供充电功能，其输出的电压可以为5v，电流最大为2.1a。usb接口连接箱体的电源模块，设置有输出保护模块和电量指示led灯带。

防拆功能单元154是当箱体被非正常打开时，发出报警信号，并同时发送一组特殊标记的gps坐标信息到服务器端。其实现的原理是在箱体内部设置几个光敏感应装置，当箱体未处于解锁状态时，由于箱体是闭合状态，不会感光。此时如果箱体被打开，即可认为是非正常开箱，光敏元件会被触发接通，引发蜂鸣器报警。同时接通gsp模块，发送当前的gps位置信息。

旅行助理功能单元155是为旅行者提供旅行过程中的信息提示，通过接入公共信息服务平台和读取行事历，在手机的app上体现。分为

天气信息——查询目的地的天气、气温等信息。

出行信息——对旅行者的出行行程表(需事先录入)进行预报提示。

航班信息——对旅行者所预计乘坐的航班、高铁的登机、延误、抵达等信息进行提示。

请继续参阅图1，在另一实施例中，本发明的智能跟随系统100还可以进一步包括交互模块16，交互模块16用于接收控制者的操控信息，将操控信息转换为对应的操控指令，并将操控指令输出给主控模块11，主控模块11将操控指令输出给执行模块13或功能模块15，执行模块13或功能模块15根据操控指令执行相应的操作。

交互模块16的作用是与控制者进行非直接接触性的操控和反馈执行。操控信息包括语音交互控制信息、手势控制信息和遥控控制信息中的至少一种。因此，本发明的交互模块16设计有三种方式，分别是语音交互控制、手势控制和遥控控制，其中遥控控制又分为按键控制和重力感应控制。当跟随物通过交互模块16接收到信息以后，判断信息对应的指令关系，如果是控制指令，那么传递到主控模块11，再传递到执行模块13，然后做出相应机动动作；如果是业务指令那么传递到功能模块15，然后做出反馈。

语音交互控制可以是采用语音识别技术(autospeechrecognize，简称asr)，让机器能够“听懂”人类的语音，将语音中包含的文字信息“提取”出来，经过判别，如果属于控制指令，如前进、后退、左转、右转等，那么将传送到主控模块，并且执行指令。如果属于业务指令，即类似语音助理功能，即询问天气、航班等信息，那么传送到功能模块，并提取相应的信息，做出语音反馈。本发明的语音交互控制在实现时具体可以采用科大讯飞公司提供的语音识别硬件和云端服务实现功能，但是也可以替换为其他公司有类似功能的模块，例如微软公司的kinect。

手势控制可以采用微软公司的kinect硬软件平台，通过kinect设备捕捉控制者的关节动作，从而定义出不同的手势轨迹，实现运动控制。控制者在使用手势控制之前需要预先让kinect设备学习其手势动作特点。手势控制仅仅对控制指令有效，对业务指令无效。

其中，在一个具体实现方案中，手势动作对应执行的操作示意如下表1：

当然，在具体实现时，手势动作所对应的操作并不局限于此，可以根据实际需要进行设定。

遥控控制分为按键控制和重力感应控制两种。按键控制是按动遥控器上的预设方向按键、行止按键发出指令，通过蓝牙传输给主控模块，从而实现控制跟随物的运动的功能。其中遥控器也可以采用手机app上设置的软件模拟遥控器替代。蓝牙也可替换为其他的无线电信号。重力感应控制是利用手机app软件读取手机内置的陀螺仪和加速计数据，从而判断手机的倾斜状态，不同的倾斜状态对应不同的控制指令，以此实现对跟随物的运动控制。

比如当进入app的按键控ui界面，只需要按住软件的“hold键”，跟随物将启动并前进，通过顺时针(右转向)、逆时针(左转向)滑动的方式，实现转向。当进入重力感应控制时，只需要持续按住启动按键，保持手机屏幕向上，听筒朝前，就可以通过转动手机的方式实现加速、减速、左右转向等机动方式。

当进入重力感应控制时，只需要持续按住启动按键，保持手机屏幕向上，听筒朝前，就可以通过转动手机的方式实现加速、减速、左右转向等机动方式。

请继续参阅图1，在另一个实施例中，本发明的智能跟随系统100还包括电源模块17，电源模块17用于给智能跟随系统100供电。

在一种具体的实现方案中，电源模块17分为电池、内部供电电路和外部供电电路。电池优选为大容量多级锂电池串并联，设计为可拆卸结构，其大致能分为电源输出单元和充电单元。

1.电源输出单元为系统提供稳定的电源，具有恒压限流的特点，其内置多级保护模块，包含有：过压保护、欠压保护、过流保护、过温保护。

2.充电单元是为电源模块补充能源，会根据电池特性，提供合适的充电曲线，其同样包含多级保护：过压保护，欠压保护、过流保护、过温保护。

内部供电电路为整个系统内部提供能源。由于航空安全规定锂离子电池不能托运，所以分为系统供能单元和通信供能单元。外部供电电路为外接的数码设备提供充电电源，具备5v2.1a的输出，输出采用usb接口。

其中，本发明实施例所提供的智能跟随系统，可以应用于行李箱上，以实现行李箱对主人的跟随，解放主人的双手，并且还能有效避免行李箱丢失。当然，根据实际需要，本发明的智能跟随系统，还可以应用于智能玩具、智能跟随购物车、智能跟随婴儿车等具有智能化跟随、避障、遥控等功能的产品上。在其他场合，还可以应用于比如自拍类无人机等等，本发明不一一进行举例说明。

以上本发明实施例所提供的智能跟随系统，可以理解，本发明智能跟随系统通过定位模块对目标物进行定位测距，主控模块根据目标物的方位和距离信息，生成对应的跟随控制指令，执行模块根据跟随控制指令控制跟随物进行移动以跟随目标物。通过这样的方式，能够实现智能化定位跟随，减少用户的人为操作参与，方便用户。

另外，本发明的跟随系统使用了超声波定位、电磁波定位、惯性导航、计算机视觉定位等多种方法，综合实现了跟随物对目标物的跟随。其中超声波定位为收发分离式的全向设计，改进了目前一些使用超声波进行测距方案受限于超声波发射角度的问题。电磁波定位选取了27mhz频段的长波无线电，从而避免了大多数的外界干扰，并且将测量精度提升到厘米级，从而解决电磁波的近场测距问题。惯性导航和计算机视觉定位作为另外两种手段，为整个系统的测距提供了多重选择和保障。

本发明的智能跟随系统，跟随物能够自主跟随目标物(主人)移动，同时在移动的过程中判断障碍物，并做出相应的机动，达到解放主人双手的目的。同时其在控制模式下，主人可以使用手机遥控、语音指令控制、手势控制等多种方法让跟随物实现运动。其内置的4g移动通讯模块，除用于跟随物连接物联网服务以外，还可以用来作为便携式wifi基站，提供移动上网服务。

本发明的智能跟随系统应用在行李箱时，通过连接互联网上的天气、航班、出行日程等服务，可以成为出行的助手，方便主人的差旅行程。手机上安装的app结合箱体内置的gps或北斗导航模块，在遗忘或丢失时，可以定位到箱子的地图位置。

内置的自动称重能够给出箱体当前重量，为安排行李托运提供帮助。

箱体内可拆卸的电源模块，除作为旅行箱本身的动力单元以外，还可以作为给手机、平板电脑等产品充电的移动电源，解决旅行中的需要。

以上所述仅为结合具体的实施例对本发明原理及实施方式所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明，只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本发明所属技术领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明构思的前提下，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，都应当视为属于本发明的专利保护范围。