一种基于室内混合定位的智能跟随系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种基于室内混合定位的智能跟随系统，该系统包括设置在跟随物体上的触控屏、主控板、测距模块和驱动模块以及被跟随人员携带的手机终端，所述主控板集成有第一主控制器、第一Wi?Fi模块和九轴惯性传感器，所述手机终端集成有第二主控制器、第二Wi?Fi模块、三轴加速度传感器和陀螺仪。本实用新型使用简便、灵活，人机交互性强，可根据实际需要设置在任何需要跟随人的物体上，为解放人的双手提供保障，具有很强的环境适应性和生存能力，同时本实用新型在技术上完美平衡了成本和跟随精度，稳定性高，在拥有较小误差的同时实现了低成本，具有良好的可推广性。
【专利说明】
一种基于室内混合定位的智能跟随系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及智能家居技术领域，具体是一种基于室内混合定位的智能跟随系统。
【背景技术】
[0002]目前，对于室内定位一般有红外定位技术、超声波定位技术、蓝牙技术、射频识别技术、超宽带技术、W1-Fi技术和ZigBee技术等，但这些现存的单一定位技术都有各自的缺点。拿红外技术来说，直线视距和传输距离较短这两大主要缺点使其红外线室内定位的效果很差，而且红外线定位技术无法分辨是人还是物体，不能有效避障。再拿W1-Fi定位来说，由于W1-Fi的频段在2.4GHz，因此其波长本身就在7?12cm左右，由波长带来的误差不可忽略，因此W1-Fi定位精度较低。超声波定位整体精度较高，结构简单，但超声波受多径效应和非视距传播影响很大，也存在无法识别人和物体的缺点。因此，如何提供一种精确的室内定位系统是本领域技术人员亟待解决的问题。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的在于提供一种基于室内混合定位的智能跟随系统，以解决传统的基于磁场强度的智能设备对于人员定位精度不足、反应迟钝等问题，同时能够避免使用图像处理的方式对人员进行定位、跟随硬件成本高的问题。
[0004]本实用新型的技术方案为:
[0005]—种基于室内混合定位的智能跟随系统，该系统包括设置在跟随物体上的触控屏、主控板、测距模块和驱动模块以及被跟随人员携带的手机终端，所述主控板集成有第一主控制器、第一 W1-Fi模块和九轴惯性传感器，所述手机终端集成有第二主控制器、第二 W1-Fi模块、三轴加速度传感器和陀螺仪；
[0006]所述触控屏与第一主控制器交互式信号连接，所述九轴惯性传感器的信号输出端与第一主控制器的信号输入端连接，所述三轴加速度传感器和陀螺仪的信号输出端与第二主控制器的信号输入端连接，所述第二主控制器通过第二 W1-Fi模块和第一 W1-Fi模块与第一主控制器交互式信号连接，所述第一主控制器与测距模块交互式信号连接，所述第一主控制器的信号输出端与驱动模块的信号输入端连接。
[0007]所述的基于室内混合定位的智能跟随系统，所述测距模块包括固定在跟随物体前端的舵机以及固定在所述舵机上的测距传感器，所述测距传感器为红外测距传感器或超声波测距传感器;所述舵机的信号输入端与第一主控制器的信号输出端连接，所述测距传感器的信号输出端与第一主控制器的信号输入端连接。
[0008]所述的基于室内混合定位的智能跟随系统，所述驱动模块包括驱动电机以及分别与所述驱动电机的驱动轴连接的升降伸缩杆和驱动轮，所述驱动电机的信号输入端与第一主控制器的信号输出端连接；
[0009]所述驱动轮有两个，两个驱动轮的轮心通过细杆连接，所述细杆穿过固定在升降伸缩杆下端的螺母，且两个驱动轮的轮心距所述螺母的距离相等，所述升降伸缩杆的上端固定在跟随物体的底部。
[0010]本实用新型的有益效果为:
[0011]由上述技术方案可知，本实用新型相对于硬件成本高、响应速度慢的基于图像识别的跟随系统，具有很大的成本优势以及较强的即时响应能力，人机交互性强，具有更好的用户体验；同时相对于基于检测信号强度的跟随系统而言，本实用新型具有其无法比拟的精度，而且由于跟随精度取决于传感器精度，这使得本实用新型的精度不仅可以人为控制，而且拥有很好的提升空间和发展前景。本实用新型可根据实际需要安装在任何需要跟随人的物体上，为解放人的双手提供保障，具有很强的环境适应性和生存能力，同时本实用新型在技术上完美平衡了成本和跟随精度，稳定性高，在拥有较小误差的同时实现了低成本，具有良好的可推广性。
【附图说明】
[0012]图1是本实用新型的结构不意图；
[0013]图2是本实用新型在购物车上的应用示意图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图和具体实施例进一步说明本实用新型。
[0015]如图1所示，一种基于室内混合定位的智能跟随系统，包括设置在跟随物体上的触控屏1、主控板2、测距模块3和驱动模块4以及被跟随人员携带的手机终端5。主控板2集成有第一主控制器21、第一 W1-Fi模块22和九轴惯性传感器23。测距模块3包括舵机31以及固定在舵机31上的测距传感器32。驱动模块4包括驱动电机41以及分别与驱动电机41的驱动轴连接的升降伸缩杆42和驱动轮43。手机终端5集成有第二主控制器51、第二 W1-Fi模块52、三轴加速度传感器53和陀螺仪54。
[0016]触控屏I与第一主控制器21交互式信号连接;九轴惯性传感器23的信号输出端与第一主控制器21的信号输入端连接;三轴加速度传感器53和陀螺仪54的信号输出端与第二主控制器51的信号输入端连接;第二主控制器51通过第二 W1-Fi模块52和第一 W1-Fi模块22与第一主控制器21交互式信号连接;第一主控制器21的信号输出端与舵机31的信号输入端连接，测距传感器32的信号输出端与第一主控制器21的信号输入端连接;第一主控制器21的信号输出端与驱动电机41的信号输入端连接。
[0017]触控屏I选用USARTHMI，400*240像素，主要功能是人机界面，用于人机交互，通过触控屏I可以查看第一 W1-Fi模块22的W1-Fi标识名和后台系统实时分配的W1-Fi动态密码，并且通过触控屏I可以向第一主控制器21输入跟随启动信号和跟随停止信号。
[0018]第一主控制器21选用Arduino2560芯片，集成在主控板2中，采用USB接口，具有54路数字输入输出，适合需要大量1接口的设计。第一W1-Fi模块22选用ESP8266芯片，是工业级无线串口 W1-Fi模块，价格低廉，可大规模设置成定位节点。九轴惯性传感器23选用HMC5883L芯片，采用IIC通信，3.3V电压供电。
[0019]测距传感器32可以选用红外测距传感器或超声波测距传感器，如红外测距传感器HC-SR04，性能稳定，测距精度高，盲区(2cm)超近，测距稳定。驱动电机41型号为L298N，功率为251
[0020]本实用新型中的跟随物体属于被希望拥有自动跟随功能的，如购物车、婴儿车、旅行箱等。
[0021]如图2所示，以购物车作为跟随物体为例进行说明，触控屏I放置在购物车扶手处前端、车篮边缘，与扶手平行，触控屏I可以通过串口向第一主控制器21传送数据，同时第一主控制器21也可以通过串口向触控屏21发送固定格式的指令以及数据，从而实现人机交互。舵机31通过螺丝螺母固定在车篮前端靠上方边界处，测距传感器32放置于舵机31上，可由舵机31的转动，为第一主控制器21提供前方障碍物距离信息，辅助购物车避开障碍物，安全有效地进行跟随。
[0022]驱动轮43有两个，两个驱动轮43的轮心通过细杆连接，细杆穿过固定在升降伸缩杆42下端的螺母，且两个驱动轮43的轮心距螺母的距离相等，升降伸缩杆42的上端通过螺丝螺母固定在车篮底部，竖直放置。主控板2也由螺丝螺母固定在车篮底部，与升降伸缩杆42平行。
[0023]本实用新型的工作原理:
[0024]将第一W1-Fi模块22作为无线访问接入点，等待手机终端5连入;第一主控制器21将第一 W1-Fi模块22的W1-Fi标识名和后台系统实时分配的W1-Fi动态密码显示在触控屏I上，供被跟随人员查看。被跟随人员搜索到第一W1-Fi模块22的W1-Fi标识名，输入W1-Fi动态密码，使第二 W1-Fi模块52连入第一 W1-Fi模块22，实现手机终端5与跟随物体唯一配对。第二主控制器51将陀螺仪54和三轴加速度传感器53检测的数据转换成大地坐标系下被跟随人员的运动方向和加速度信息，作为被跟随人员的运动向量。第二主控制器51通过第二W1-Fi模块52和第一 W1-Fi模块22将被跟随人员的运动向量连续发送给第一主控制器21。
[0025]第一主控制器21将九轴惯性传感器23检测的数据转换成大地坐标系下跟随物体的运动方向和加速度信息，作为跟随物体的运动向量。当第一主控制器21接收到触控屏I发送的跟随启动信号后，结合被跟随人员的运动向量和跟随物体的运动向量，判断出跟随物体的跟随方向。第一主控制器21控制舵机31转向跟随物体的跟随方向，测距传感器32将检测的跟随方向的障碍物距离信息反馈给第一主控制器21。第一主控制器21根据跟随方向的障碍物距离信息，向驱动电机41发送指令，驱动电机41根据第一主控制器21的指令控制升降伸缩杆42和驱动轮43，使跟随物体完成前进、后退、左右转弯等动作，对被跟随人员进行跟随。
[0026]以上所述实施方式仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。
【主权项】
1.一种基于室内混合定位的智能跟随系统，其特征在于:该系统包括设置在跟随物体上的触控屏、主控板、测距模块和驱动模块以及被跟随人员携带的手机终端，所述主控板集成有第一主控制器、第一 W1-Fi模块和九轴惯性传感器，所述手机终端集成有第二主控制器、第二 W1-Fi模块、三轴加速度传感器和陀螺仪； 所述触控屏与第一主控制器交互式信号连接，所述九轴惯性传感器的信号输出端与第一主控制器的信号输入端连接，所述三轴加速度传感器和陀螺仪的信号输出端与第二主控制器的信号输入端连接，所述第二主控制器通过第二 W1-Fi模块和第一 W1-Fi模块与第一主控制器交互式信号连接，所述第一主控制器与测距模块交互式信号连接，所述第一主控制器的信号输出端与驱动模块的信号输入端连接。2.根据权利要求1所述的基于室内混合定位的智能跟随系统，其特征在于:所述测距模块包括固定在跟随物体前端的舵机以及固定在所述舵机上的测距传感器，所述测距传感器为红外测距传感器或超声波测距传感器;所述舵机的信号输入端与第一主控制器的信号输出端连接，所述测距传感器的信号输出端与第一主控制器的信号输入端连接。3.根据权利要求1所述的基于室内混合定位的智能跟随系统，其特征在于:所述驱动模块包括驱动电机以及分别与所述驱动电机的驱动轴连接的升降伸缩杆和驱动轮，所述驱动电机的信号输入端与第一主控制器的信号输出端连接； 所述驱动轮有两个，两个驱动轮的轮心通过细杆连接，所述细杆穿过固定在升降伸缩杆下端的螺母，且两个驱动轮的轮心距所述螺母的距离相等，所述升降伸缩杆的上端固定在跟随物体的底部。
【文档编号】G01C21/16GK205608527SQ201620350808
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年4月25日
【发明人】黄林生, 黄锦阳, 刘童金, 徐超, 梁栋, 黄震, 郑玲, 张东彦, 赵晋陵
【申请人】安徽大学