一种自动跟随行走、自动避障的行李箱以及控制系统的制作方法

本发明属于行李箱技术领域，具体涉及一种自动跟随行走、自动避障的行李箱以及控制系统。

背景技术：

现代人出行的方式已经发生了很大的改变，行李箱的出现帮助人们在出行时节省了很大的体力和精力。市场上大大小小的行李箱种类繁多，例如背包，拉杆式行李箱，无拉杆式行李箱等，丰富了人们出行时箱包可选的多样性。这其中，尤以箱体底部具有滚轮的拉杆式行李箱更为普及，行进中依赖滚轮的自动滑动、斜拉等都节省了人力的付出。但是行李箱载重过大或者拖拉时间过长也会对使用者造成大量的体力和精力消耗。特别是针对一些有经常性的差旅或商务出行的人士来说，携带行李箱是一件很累的事情，特别是当物品携带过多时就更显得手忙脚乱了。

结合现有的电动行李箱，耗电量大且在飞机等出行方式上受限制颇多，一些路段上也不能稳定行走，同时自动程度较低，全部需要人为进行操作才能运动，一些自动跟随的行李箱受光线和周边环境影响较大，避障效果也不好，因此人们越来越迫切希望更加优质省力的行李箱面向市场。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种自动跟随行走、自动避障的行李箱以及控制系统，通过在箱体上设置中央处理器，用于接收和反馈驱动装置控制驱动轮实现自动行走、超声波传感器和uwb天线进行自动避障，解决自动跟随程度较低、避障效果不好的问题。

一种自动跟随行走、自动避障的行李箱，包括箱体，所述箱体底部安装有驱动轮和万向轮，所述箱体上设置有驱动装置，驱动装置电连所述驱动轮；所述驱动装置连接有中央处理器，中央处理器连接有至少一组避障装置，避障装置包括至少两个用于采集障碍物信息的超声波传感器；所述中央处理器连接有uwb天线，uwb天线用于对箱体的空间位置进行定位并计算。

进一步的，所述超声波传感器设置在箱体背面的左右两侧；所述驱动轮为霍尔轮毂电机。

进一步的，所述中央处理器连接有至少三组uwb模块，uwb模块连接有配套的天线，所述uwb模块与天线配合形成独立的所述uwb天线；所述uwb天线连接有可移动的uwb标签，uwb标签用于发出信号配合所述uwb天线从而控制箱体的运动方向一致性。

进一步的，所述箱体外侧顶部的四角开设有用于安装所述uwb天线的安装槽，安装槽上开设有用于穿设线路的线路孔，安装槽上设置有用于封闭的树脂包角；所述箱体顶部内侧设置有l形安装板，安装板与箱体配合形成一个容置腔；所述箱体正面内部设置有安装腔，安装腔设置在所述万向轮上方，安装腔内设置有uwb天线。

进一步的，所述箱体顶部设置有提手，提手与固设在所述箱体上的提手安装座上铰接，提手安装座下方固设有称重模块，称重模块连接所述中央处理器。

进一步的，所述箱体上还设置有电池，电池连接有用于给箱体内各模块和部件供电的电池管理模块。

进一步的，所述箱体正面上设置有环形跑马灯，跑马灯与所述中央处理器连接。

进一步的，所述箱体包括通过合页活动连接的上箱体和下箱体，上箱体和下箱体活动连接部对侧的接触面上设置有箱锁，箱锁包括海关锁，所述箱体上安装有与所述海关锁相适配的指纹锁；所述海关锁连接所述中央处理器，中央处理器用于接收移动智能终端的指令控制解锁。

一种控制系统，包括上述任一项所述的行李箱，所述箱体上设置有中央处理模块，中央处理模块至少包括物联网芯片的电路组及其配套编写的嵌入式代码，中央处理模块用于对箱体各个模块的工作进行控制和指令下发以及状态反馈接收；

所述中央处理模块连接有驱动模块，驱动模块通过线路连接有驱动轮；

所述中央处理模块连接有至少一组避障模块，避障模块将采集到的障碍物信息，进行数据处理后发送障碍物状态至中央处理器，通过中央处理器计算后，判断出障碍物的左右信息和距离信息，通过对这些信息的处理，下发对应的指令至行李箱的驱动模块，驱动模块控制所述驱动轮避让障碍物；

所述中央处理模块连接有至少三组uwb模块，uwb模块连接有配套天线，所述uwb模块和天线配合形成独立的uwb天线，再通过uwb定位技术对行李箱的空间位置进行计算，计算的办法通过嵌入式代码的方式直接写入配套的uwb模块中。

进一步的，所述嵌入式代码根据所述中央处理模块连接控制的模块，定制开发对应的接口并具备独立的接口方式；

所述避障模块包括至少两个超声波传感器，超声波传感器至少分布在箱体背面的左右两侧，中央处理模块根据所述避障模块传回的信息，判断在既定的前进方向上是否存在障碍物以及障碍物存在的方位，并根据障碍物方位及时计算避让障碍物的角度和大小并下发对应的指令，控制驱动轮移动避让开障碍物；

所述uwb天线设置在箱体顶部四角，所述uwb天线连接有可移动的uwb标签，通过uwb标签移动并发出信号位置，uwb天线信号发生波动，中央处理模块接收uwb天线信号的波动信息并下发对应的执行指令至驱动模块，驱动模块通过接收的指令分别控制两个驱动轮，驱动轮控制行李箱往uwb标签位置移动，使得行李箱的空间移动具备独立且一致的方向性。本发明相比现有技术突出且有益的技术效果是：

本发明通过驱动装置接收的指令分别控制两个驱动轮，驱动轮在后方进行驱动，带领整个箱体进行移动，前方的两个万向轮根据驱动轮的位置在移动过程中自动调整方向，保障行李箱的移动性能稳定；所述的驱动轮在运动过程中，中央处理器根据避障装置传回的信息，判断在既定的前进方向上是否存在障碍物以及障碍物存在的方位，并根据障碍物方位即时计算并下发对应的指令使驱动轮移动避让开障碍物，本发明自动跟随用户行走并自动避障，解放了用户的双手，避障更灵敏，使得人们在携带行李时安全又省力，具有很高的应用价值。

附图说明

图1是本发明的立体图之一。

图2是本发明的立体图之二。

图3是本发明去掉上箱体的爆炸图。

图4是本发明去掉下箱体的爆炸图。

图5是本发明部分结构的爆炸图。

图6是图5中a处的局部放大图。

图7是上箱体的结构示意图。

附图标记：1、箱体；2、驱动轮；3、万向轮；4、超声波传感器；5、uwb天线；6、安装槽；7、线路孔；8、树脂包角；9、提手安装座；10、提手；11、称重模块；12、跑马灯；13、电池安装座；14、电池盒；15、电池；16、电池组件；17、上箱体；18、下箱体；19、合页；20、箱锁；21、海关锁；22、指纹锁；23、报警装置；24、安装板；25、容置腔；26、安装件；27、安装孔；28、缺口；29、台面；30、安装腔；31、轮子安装板；32、安装杆；33、固定板；34、轮子加强板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

一种自动跟随行走、自动避障的行李箱。

如图1和图2所示，包括箱体1，所述箱体1底部安装有驱动轮2和万向轮3，驱动轮2安装在箱体1底部正面两个固定孔位上，且两轮轴与箱体1底部的水平面呈平行姿态。所述驱动轮2为霍尔无刷轮毂电机，前置驱动增强动力和方向性，内置程序中使用函数曲线对电机驱动进行规划，跟随过程中的急停和转弯等都可以实现有效降速，防止倾倒。万向轮3安装在箱体1底部背面两个角落，便于跟随驱动轮2转向，满足用户在不同情况下的使用需求，提高了行李箱自动跟随的灵活性。所述两个驱动轮2和两个万向轮3分布在箱子底部的前后方，且安装在箱体1的长线上长宽高的长度。

如图2所示，所述箱体1包括通过合页19活动连接的上箱体17和下箱体18，上箱体17和下箱体18之间设置有扣合线。上箱体17和下箱体18活动连接部对侧的接触面上设置有箱锁20，箱锁20包括tsa海关锁21，tsa海关锁21设置左右设置有两个。所述箱体1上安装有与所述海关锁21相适配的指纹锁22；所述海关锁21连接所述中央处理器，中央处理器用于接收移动智能终端的指令控制解锁。所述箱锁20在与中央处理器连接后，通过与之配套的指纹锁22可对其进行解锁，也能通过与中央处理器配合的服务器所连接的手机app，在手机app上输入密码或指纹进行解锁；所述箱锁20在开启状态下锁舌处于可活动状态，在箱锁20锁回行李箱上下箱体18接触面上的固定件上时，箱锁20的锁舌自动锁住，使行李箱处于不能手动直接打开状态，保障行李箱内的物品安全。为了提升行李箱安全，采用全新设计的海关锁21进行安装，用户通过自身设定的指纹解锁行李箱，海关锁21合上后自动上锁，除了通过指纹，用户还能在app上使用密码进行开锁。tsa海关锁21的使用能都保障用户在出国经过海关的时候行李箱可以被海关开启，不被损坏。

如图3所示，所述箱体1底部还设置有电池组件16，电池组件16包括电池安装座13，电池安装座13内设置有电池盒14，电池盒14内安装有电池15，电池15连接有用于给箱体1内各模块和部件供电的电池管理模块。所述的行李箱采用电池15供电的动力原理，使用标准锂电池15进行供电，电池15容量2000ma/h，满足中国民航的锂电池15上飞机标准，并配置有独立的电池管理模块，所述电池管理模块对箱体上1的各个模块和部件进行供电，使得各个模块和部件均可在电能驱动下进行工作。本发明充电器采用多输出充电技术，220v和110v电压都可进行充电，省去携带多个充电器的烦恼；更为方便的是，通过手机app，用户可以查看箱包的电池15电量情况，在处于低电量的情况下，行李箱会通过app提醒用户进行充电。行李箱上设计有usb充电接口，支持一个电子设备在行李箱上进行取电充电功能，当用户手机没电时，可以直接充电，极大地满足了用户在旅途中的充电需求。

如图4所示，所述驱动轮2固定在延长板上，延长板固定在轮子固定板上，轮子固定板设置在箱体1内侧，延长板和驱动轮2设置在箱体1外侧。如图5所示，所述万向轮设置在轮子安装板31上，轮子安装板31顶端成型有安装杆32，安装杆32穿过设置在箱体1外侧的固定板33和箱体1内侧的轮子加强板34实现固定连接。如图7所示，所述箱体正面底部内侧的左右两侧设置有安装腔30，安装腔30内设置所述轮子加强板34和安装杆32，所述安装腔30内还隐藏式安装有uwb天线5，多方位设置，与安装在箱体顶部的四个uwb天线5配合，定位更加精准，隐藏式安装也不影响箱体1的美观，更重要的是隐藏式相比较外露式设置，防水性能更好，延长使用寿命。

所述箱体1上设置有驱动装置，驱动装置线路连接所述驱动轮2，相对于无线连接，有线连接不受无线通讯信号强弱的影响，保证了信号传输的可靠性，并且提高了信息传输的速度；所述驱动装置连接有中央处理器，通过中央处理器的数据下发实现对两个驱动轮2的转速、转角分别控制。中央处理器的作用是对行李箱各个模块的工作进行控制和指令下发以及状态反馈接收。

本发明可通过用户随身携带配套的手持标签，在连接状态下跟随用户自行行走，行走的路径包括平地，卧式爬坡和下坡，跟随进电梯和出电梯。在允许的行驶里程内，与用户保持1-3m的跟随距离。可以根据用户需求，随时切换行走状态，卧式和立式都可以跟随用户行走，切换状态只需手动把行李箱防平或者是立起来即可。

中央处理器连接至少一组避障装置；所述中央处理器包括物联网芯片的电路组以及相配套的嵌入式代码，所述嵌入式代码根据中央处理器需要控制的模块，定制开发对应的接口并具备独立的接口方式。所述避障装置使用四个用于采集障碍物信息的超声波传感器4，识别到障碍物后自动规划路径，起到避障的作用。所述超声波传感器4设置在箱体1背面的左右两侧，所述避障装置根据连接的超声波模块采集到的障碍物信息，进行数据处理后发送障碍物状态至中央处理器，通过中央处理器计算后，判断出障碍物的左右信息和距离信息，通过对这些信息的处理，下发对应的指令至行李箱的驱动装置，由驱动装置实现对驱动轮2的分别控制，避让障碍物。超声波传感器相比较现有的常用的一些如视觉传感器，不易受到光线及周边环境的影响，抗干扰能力强，避障效果更佳。红外传感器存在很多局限性，例如由于干扰而无法在阳光下使用它们，而且不能在黑暗中工作而超声波传感器可以在黑暗环境中工作，所以红外传感器使户外应用或黑暗的室内应用非常困难；超声波传感器使用声波工作，检测障碍物不受多种因素的影响。所述中央处理器连接有至少三组uwb模块，uwb模块连接有配套的天线，所述uwb模块与天线配合形成独立的uwb天线5，即天线矩阵，再通过uwb定位技术对行李箱的空间位置进行计算，计算的办法通过嵌入式代码的方式直接写入配套的uwb模块中。具体的uwb模块与天线配合方式是本领域技术人员的公知常识，故不多赘述。

uwb超宽带无线通信技术，是一种无载波通信技术，uwb不使用载波，而是使用短的能量脉冲序列，并通过正交频分调制或直接排序将脉冲扩展到一个频率范围内。uwb的主要特点是传输速率高、空间容量大、成本低、功耗低。uwb模块测距主要依托于tof(timeofflight飞行时间测距法测距方法)，每个模块从启动开始即会生成一条独立的时间戳，属于双向测距技术，uwb模块测距是通过uwb信号在两个模块之间来回传播所用的时间乘以光速的方式实现的。uwb的定位可采用混合定位技术，就是混合使用toa到达时间、tdoa到达时间差、aoa到达角度或称为doa估计定位技术，比如toa-tdoa、toa-aoa、tdoa-aoa等，通过检测并提取相关的定位参数，用于定位解算。混合定位技术可以运用多种定位参数实现定位，综合不同定位技术的特点，在各种定位技术的特性中取长补短，让最终的定位性能得到优化。本发明的uwb模块可采用sku603，集成了dw1000和gd32f130g8u6mcu，将天线，所有rf电路，电源管理和时钟电路集成在一个模块中。sku603集成了一个三轴线性加速度计以节省静态时的功耗，其用于双向测距或tdoa定位系统，可达到10厘米的定位精度，并支持高达6.8mbps的数据传输速率，可应用在小范围、高分辨率、能够穿透墙壁、地面和身体的雷达和图像系统中。

如图5所示，所述箱体1外侧顶部的四角开设有用于安装所述uwb天线5的安装槽6，安装槽6开设在顶部四角边缘部分，形状与uwb天线5配合，所述安装槽6位于箱体长宽两侧的部位为平面，不设置限位块便于安装拆卸uwb天线5，安装槽6上开设有用于穿设线路的矩形线路孔7，线路孔7开口面积较大，便于uwb天线5电连所述中央处理器，安装槽6上设置有用于封闭的树脂包角8，防止撞击而损坏纸uwb天线5，进行边角位保护，解决在运输搬运过程中受到碰撞而损坏的现象，树脂包角8承受力大，不易破碎并且所占体积很小。所述箱体1顶部内侧设置有l形安装板24，安装板24位于uwb天线5下方，安装板与箱体螺钉连接，配合形成一个容置腔25，节约材料，合理利用空间，容置腔25内设置所述中央处理器等电路元件，将电路元件都隐藏安装，更加安全美观，所述上箱体17上的安装板24为“几”字形，一方面节约了空间，为行李箱增大了收纳空间，另一方面也为电子元件的安装预留了空间。

如图5、图6所示，所述箱体1内部左右对称设置有若干个用于固定连接的安装件26，所述上箱体17和下箱体18上个设置有若干组安装件26，相邻两个安装件26之间均匀排列，安装件上开设有安装孔27，安装孔侧壁开设有上下贯通的缺口28，便于卡接固定，拆装方便，当需要将箱体1内部的空间进行分隔划分成多个收纳空间时，可以将隔板卡接安装在所述安装件26上，操作简单快捷，非常的实用。所述安装件上端面成型有台面29，采用螺钉等固定连接时，螺栓或螺帽可以抵接在台面上，连接更稳定。

所述uwb天线5连接有可移动的uwb标签，uwb标签用于发出信号配合所述uwb天线5从而控制箱体1的运动方向一致性。所述的uwb天线5对箱体1的定位完成后，再通过一个可移动的uwb标签跟其配合，使得行李箱的空间移动具备独立且一致的方向性，通过uwb标签发出的信号位置，在进行驱动算法的基础上，控制行李箱往uwb标签所处位置移动。在uwb模块的定位系统中，uwb标签是系统的组成部分之一。uwb标签的特征如下：uwb标签可以固定在物体、车辆或人员身上、头盔等使用；uwb标签结构设计适合于多种安装固定形式，可通过螺钉固定，也可以通过扎带捆绑的方式固定，还可以做成磁卡的样式放置在胸卡中；uwb标签体积小巧，适用于多种应用场合；uwb标签发出的脉冲信号通过uwb模块接收和传输；每一个uwb标签都各自有一个唯一的id，可通过这唯一的id将被定位的物体和标签联系起来，使uwb模块通过uwb标签找到实际定位的位置；uwb标签传输信号持续时间很短，发射功率极低，能够允许成百上千的uwb标签同时定位。

如图4所示，所示箱体1背后安装有铝合金拉杆，所述箱体1顶部设置有提手10，提手10与固设在所述箱体1上的提手安装座9上铰接，提手9可以在不使用时，下翻贴合箱体1，减少占地空间，方便收纳托运，同时提手9上两边的铰接部呈一定弧度，方便用户将提手9向上拉起，也更具美感。提手安装座9下方固设有称重模块11，称重模块11连接所述中央处理器；称重模块11将称重传感器加载传递装置和安装连接板等联成一体，其独特的设计，既保证了剪切梁式传感器精度高，长期稳定性好的特点，又解决了几乎所有因安装不当产生的误差；它称量准确，安全可靠，安装方式多样化，适用于各种恶劣环境。用户在装好箱子后，通过行李箱上端的提手10提起行李箱一次后，app端将自动显示行李箱当前的重量信息。所述箱体1正面上设置有环形跑马灯12，跑马灯12设置于整个箱体1正面，上下顶点接近所述箱体1的顶部和底部，灯条造型分布面长，周长也长，使得用户更容易看到灯条的显示。所述跑马灯12的环形类似于跑道形，中间两条直道，上下两个半圆，便于开模生产，中间的位置也可以安装设置其他功能部件。跑马灯12与所述中央处理器连接，通过中央处理器内的显示规则，显示不同的灯带颜色，在开机、关机、报警提醒等状态下会发出不同颜色的光带提醒用户，同时也增加行李箱的动态效果。

所述箱体1内设置有gps定位系统和gsm通信模块，具有全球经纬海拔定位功能、用户使用过程中，行李箱意外离线或者是掉线，都可以在平台上查询到箱包位置，帮助在丢失快速找回。gsm通信模块连接所述中央处理器，中央处理器通过所述gsm通信模块与一服务器通信连接，所述服务器与至少一移动智能终端通信连接；所述箱体1上设置有与中央处理器相连的报警装置23。报警装置23包括设置在所述箱体1侧面的喇叭。行李箱在处于离线、丢失包含用户手机挂失、被盗等情况下，喇叭都会发出语音报警或提示音，用户可以根据自身喜好自行设定箱包的报警声音，同时在低电量、遇到无法跨越障碍物等情况下也会发出报警，同时所有的报警会在用户app上进行同步显示。

本方案的具体工作过程如下：

本发明在实际使用时，通过uwb标签的移动让位于行李箱顶端四个角落的uwb天线5信号发生波动，根据天线信号的波动信息，中央处理器下发对应的执行指令至驱动装置中，驱动装置通过接收的指令分别控制两个驱动轮2，根据驱动轮2的位置调整，所述的两个万向轮3在移动过程中自动调整方向，保障行李箱的移动性能稳定；所述的驱动轮2在运动过程中，中央处理器根据所述的避障装置传回的信息，判断在既定的前进方向上是否存在障碍物以及障碍物存在的方位，并根据障碍物方位即时计算并下发对应的指令使驱动板移动避让开障碍物，避让障碍物的同时，所述中央处理器会计算出避让障碍物的角度和大小，根据所述uwb天线5接收到的uwb标签的方位，再次下发指令控制驱动轮2的转向，实现自动跟随和自动避障。

本发明通过两个驱动轮2在后方进行驱动，带领整个箱体1进行移动，且移动的方向既可以通过位于行李箱天线信号覆盖范围内的uwb标签方向进行移动，也可通过智能手机切换到手动进行遥控，通过对中央处理器写入对应的算法及代码，提高了智能跟随行李箱在起步、停止、瞬间减速、瞬间加速等情况移动时的稳定性。本发明可以帮助使用者节省出行的精力和体力损耗，特别是老人、儿童、孕妇、残疾人都能解放双手，再配置定位系统，可以有效的实现防盗、防丢，语音报警和远程通知到手机。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。