一种基于UWB的自动跟随搬运主从小车的制作方法

本实用新型一种基于UWB的自动跟随搬运主从小车，属于搬运小车技术领域。

背景技术：

现在自动跟随已经有很多成品，主要有激光引导，超声波引导，GPS定位，蓝牙引导。GPS的局限性是只适用于室外，且室外高精度的定位也有一定的误差。蓝牙属于波处在2.4G这个被占用较多的波段，在这个波段中有手机信号、WiFi、无线鼠标等常见的无线设备，所以蓝牙用于通讯还好，用于测距时由于收到信号的时间受到干扰而后延导致测得的距离偏大。超声波和激光模块原理基本类似，其是可以探测到人的运动方向的，但如果在人多的场所很难实现单一目标的跟随。

技术实现要素：

本实用新型克服了现有技术存在的不足，提供了一种基于UWB的自动跟随搬运主从小车，移动灵活，跟随准确，应用范围及广。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种基于UWB的自动跟随搬运主从小车，包括主小车和从小车，所述主小车和从小车的结构相同，且所述从小车位于主小车的后方，所述主小车和从小车上均设置UWB模块、麦克纳姆轮和无线充电模块，所述麦克纳姆轮作为主小车和从小车移动及转弯的轮子，所述UWB模块作为通信模块，所述无线充电模块为主小车和从小车的电池进行充电，所述电池用于给UWB模块和麦克纳姆轮进行供电，所述主小车和从小车通过UWB模块与控制器进行通信，使得主小车和从小车能跟随控制器运动。

所述主小车和从小车上均设置有蓝牙模块，且所述主小车和从小车之间通过蓝牙模块进行通信。

所述主小车和从小车上均设置有蜂鸣器，两个所述蜂鸣器在UWB模块与控制器之间出现通信故障时，同时发出警报。

本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果。

1、本实用新型在超市中将其进行一定的改装把搬运平板换成购物篮。跟着超市顾客，这样顾客不仅可以解放双手，不用提物、推车，而且也会给特殊人群（如年老体弱者、残障人士）购物带来极大的方便，带孩子的顾客还可以与孩子携手购物。对于购物量大的顾客此时主从小车就可以满足其购物需求。

2、本实用新型在机场，旅客的行李可以直接将行李物品放在本小车上，这样不仅不用推且可以解放双手。也不必担心遗失问题，此系统在距离大于设定值或避障传感器无法自动判断路径时，用户终端会震动报警另一方面小车端的蜂鸣器也会发出报警信号。对于大件行李的旅客可以更换大功率减速电机来实现，对于行李较多的旅客主从小车的优势就更加明显了。

3、本实用新型在需要搬运的工厂，特别是车间与车间的搬运，把接收模块固定在车间显然是行不通的，对于这种情况可以在主从小车的基础上把从车的数量进一步增多。理论上5台小车的搬运只需两名操作者，前者引导，后者处理突发情况。

另外，在学校、写字楼、仓库甚至是个人家庭都可以使用这套搬运主从小车。

附图说明

下面结合附图对本实用新型做进一步的说明。

图1为本实用新型的结构框图。

图2为本实用新型中主小车和从小车的结构示意图。

图中：1为主小车、2为从小车、3为UWB模块、4为麦克纳姆轮、5为无线充电模块、6为控制器、7为蓝牙模块、8为蜂鸣器。

具体实施方式

如图1、图2所示，本实用新型一种基于UWB的自动跟随搬运主从小车，包括主小车1和从小车2，所述主小车1和从小车2的结构相同，且所述从小车2位于主小车1的后方，所述主小车1和从小车2上均设置UWB模块3、麦克纳姆轮4和无线充电模块5，所述麦克纳姆轮4作为主小车1和从小车2移动及转弯的轮子，所述UWB模块3作为通信模块，所述无线充电模块5为主小车1和从小车2的电池进行充电，所述电池用于给UWB模块3和麦克纳姆轮4进行供电，所述主小车1和从小车2通过UWB模块3与控制器6进行通信，使得主小车1和从小车2能跟随控制器6运动。

所述主小车1和从小车2上均设置有蓝牙模块7，且所述主小车1和从小车2之间通过蓝牙模块7进行通信。

所述主小车1和从小车2上均设置有蜂鸣器8，两个所述蜂鸣器8在UWB模块3与控制器6之间出现通信故障时，同时发出警报。

本实用新型主要涉及的UWB、麦克纳姆轮和无线充电三方面，具体如下：

1、UWB的方面。

UWB具有抗干扰性能好、传输速率高、带宽极宽、系统容量大、发射功率低等特点。因为其采用的是持续时间极短的窄脉冲，所以其时间上和空间上的分辨率都是极强的，方便进行测距、定位、跟踪等活动的开展，并且窄脉冲具有良好的穿透性，不会受到太多外来因素的干扰。

1.1、抗干扰性能强。

UWB采用跳时扩频信号，系统具有较大的处理增益，在发射时将微弱的无线电脉冲信号分散在宽阔的频带中，输出功率甚至低于普通设备产生的噪声。接收时将信号能量还原出来，在解扩过程中产生扩频增益。因此，与IEEE802．11a、IEEE802．11b和蓝牙相比，在同等码速条件下，UWB具有更强的抗干扰性。

1.2、传输速率高。

UWB的数据速率可以达到几十Mbit/s到几百Mbit/s，有望高于蓝牙100倍，也可以高于IEEE802．11a和IEEE802．11b。

1.3、带宽极宽。

UWB使用的带宽在1GHz以上，高达几个GHz。超宽带系统容量大，并且可以和窄带通信系统同时工作而互不干扰。这在频率资源日益紧张的今天，开辟了一种新的时域无线电资源。

1.4、消耗电能小。

通常情况下，无线通信系统在通信时需要连续发射载波，因此要消耗一定电能。而UWB不使用载波，只是发出瞬间脉冲电波，也就是直接按0和1发送出去，并且在需要时才发送脉冲电波，所以消耗电能小。

1.5、保密性好。

UWB保密性表现在两方面。一方面是采用跳时扩频，接收机只有已知发送端扩频码时才能解出发射数据；另一方面是系统的发射功率谱密度极低，用传统的接收机无法接收。

2、麦克纳姆轮方面。

麦克纳姆轮搬运小车可在二维平面无死角任意漂移的高精度移动搬运设备，其可以在无需车轮转向装置下实现车体的直行、侧移、斜行、自转、组合漂移等全方位移动。相比于AGV，麦克纳姆轮搬运小车全方位移动有着其独特的灵活运动优势，狭小空间内的灵活穿梭。

2.1、到达理论死角。

解决诸如S弯、直角弯等普通小车不可到达的通过性问题、利用横移才能通过的理论死角，不受空间、环境的约束，平面内任意方向的快速精确定位。

2.2、应用场合更广。

解决“最后一米”的移动问题，使得原本在装配、加工、运输过程中需花费数十个小时完成的精确对位问题，轻松地利用一个动作瞬间完成。传统形式搬运小车车轮通常采用聚氨酯轮，通过两轮差动原理实现转向功能，能够实现前、后、转弯等运动功能，目前广泛应用于汽车、电子、物流等行业。麦克纳姆轮搬运小车与传统搬运小车相比各有优缺点：麦克纳姆轮小车运动灵活，微调能力高，运行占用空间小，但是成本相对较高，结构形式相对复杂，对控制、制造、地面等的要求较高，适用于空间狭小，定位精度要求较高、工件姿态快速调整的场合，传统搬运小车结构简单成本较低，但是其运动灵活性差，在空间受限的场合无法使用，难以实现工件微小姿态的调整。适用于空间较大、工件到位后对位置姿态等要求不高的场合。

3、无线充电方面。

无线充电有着更为安全、更为方便以及使用的寿命更长的优点，又有着转化功率、铺设造价、转化过程中较高的能耗损等缺点。

本实用新型为解放人们双手，更方便携带重物，使用STM32单片机的基于UWB（Ultra Wideband）的自动跟随搬运主从小车该小车能够有效控制定位、精确跟随。将自动跟随应用到自动跟随搬运的主从小车上。

本实用新型由一台主车与一台备车组成，主车上的3个角的位置有三个接收器，分别为原点、X轴、Y轴单片机通过一定的算法得到用户发射器相对于主车的位置，由单片机对齐进行操控。从而跟随用户搬运。

本实用新型中从车与主车进行蓝牙通信，主车接收到从车上的发射器信号根据相同原理得知从车位置，从车单片机接收到主车发来的位置自行进行引导。

小车的配置性能要求，要达到一定的精度和控制范围，性能要求如下：

（1）跟随范围超过：50 米，这个距离能满足绝大多数短距离搬运的应用范围；

（2）器件运动位置精度：5cm，能满足对短距离搬运车的定位要求，不会跟丟。

（3）信号输出频率50HZ，根据购物车位移速度，完全满足对距离搬运车移动的实时性。

本实用新型中麦克拉姆全向轮驱动工作原理：

本小车采用当下流行的麦克拉姆全向轮驱动，这种全方位移动方式是基于一个有许多位于机轮周边的轮轴的中心轮的原理上，这些成角度的周边轮轴把一部分的机轮转向力转化到一个机轮法向力上面。依靠各自机轮的方向和速度，这些力的最终合成在任何要求的方向上产生一个合力矢量从而保证了这个平台在最终的合力矢量的方向上能自由地移动，而不改变机轮自身的方向。在它的轮缘上斜向分布着许多小滚子，故轮子可以横向滑移。小滚子的母线很特殊，当轮子绕着固定的轮心轴转动时，各个小滚子的包络线为圆柱面，所以该轮能够连续地向前滚动。

本实用新型中无线充电的工作原理：

电源部分由直流电源提供，经过高频逆变之后在发射线圈产生高频交流电。交变电流产生变化的磁场发射出去，接收线圈通过电磁感应耦合接收到发射线圈发射的能量，经过整流变换之后给法拉电容充电。然后法拉电容放电供给主控板以及电机驱动从而驱动小车实现短时间的继续行驶。

上面结合附图对本实用新型的实施例作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。