一种基于红外阵列测温传感器和UWB测距的自动跟随箱包的制作方法

本发明涉及箱包技术领域，具体为一种可以智能跟随型箱包。

背景技术：

红外测温传感器是通过测量物体黑体辐射产生的红外光来测定物体温度的器件，其可探测温度的范围宽，精度高，反应灵敏。当若干个这样的传感器单元集成在一起，形成一个阵列以后，就可以同时探测空间若干个点的温度分布，形成热成像图像，一般的红外阵列测温传感器，其测温单元在16个以上，可测量温度范围从-40度到300摄氏度，测量误差可精确到1度以下。当人体位于红外阵列传感器前方可探测区域时，由于人体的温度与环境温度存在差别，探测器阵列就可以识别出人体。而通过判断人体在阵列上成像的位置就可以判断人体与传感器之间的角度，其角度分辨率在10度以下，作为跟随用途已经足够精确。

uwb无线定位技术是近年来发展起来的一种精确无线定位技术，其通过测量uwb模块之间传送超短脉冲的飞行时间来实现测距，其精度能达到10cm-30cm，相较于gps，是一种更精确，更便捷的定位技术，但是在箱包自动跟随的应用方面，由于测距模块模块安装距离太小，其角度分辨率较低，单纯依靠uwb定位实现跟随效果，成本高，难度大。

技术实现要素：

发明目的：

当前学生课业负担重，箱包重，长期背箱包，对学生的脊椎影响大，普通拉杆箱包不能做到自动跟随，而现阶段单纯用uwb定位难以实现有效跟随，且成本较高。利用摄像头的图像识别功能进行跟随又存在开发难度大，对设备要求高，对光线要求高，可靠性不足的缺点。针对这些问题，我们提出利用红外测温传感器阵列和uwb无线测距相结合的跟随方式，实现可靠的能够自动跟随的箱包，箱包上仅需要两个uwb定位模块。箱包可以根据人移动的速度和方向，自动控制跟随的路线，速度以及跟随距离。当不需要自动跟随时，可以快速转换为手动模式，正常拖动行走。当电力耗尽时可以通过无线充电底座充电。

技术方案：

为了实现上述目的，本发明公开了一种基于红外阵列测温传感器与uwb定位相结合的自动跟随箱包，包括如下模块：

底盘，作为主要的电路安装和重量承载结构，底盘上装有主控电路板，电池，直流减速电机，从动轮和箱包体。

直流减速电机，直流减速电机位于底盘下部，左右各有一个通过电机轴连接到飞轮机构，再通过飞轮连接到驱动轮，当电机转动时推动飞轮带动驱动轮行走，当电机不转时，驱动轮也可以被拉杆拉动行走。直流减速电机上装有霍尔计数器，可以通过计数，精确控制电机的转速，从而可以精确控制转向角度和沿直线行走。

从动轮，从动轮为万向轮，位于底盘下部，左右各一个，主要起到支撑重量和保持平衡的作用。

立式支架，立式支架位于底盘前部的上方，与底盘成90度直角，支架的主要作用是安装uwb测距模块，红外线阵列传感器，超声波避障传感器以及安装拉杆和箱包。

uwb测距模块，优选的，使用decawave公司的dw1000模块。两个uwb测距模块位于立式支架的左右两侧，相距一定距离放置。

红外线阵列传感器，优选的，使用松下的mg8853/mg8833或者melexis公司的mlx90620/90632系列传感器。将传感器安装于立式支架的顶部，探测面向前安装，使其探测区域覆盖行进前方60-150度区域。

超声波避障传感器安装于立式支架的下部，从左至右等距安装，用于在行走时避障。

控制电路，所述控制电路包括单片机，电机驱动电路，电池充电管理电路与陀螺仪加速度计模块组成。单片机接收来自各个传感器的信号，进行处理，计算出箱包的跟随路径，然后通过驱动电路驱动电机行走，加速度计和陀螺仪模块可以感知箱包的姿态，在箱包倾倒时报警电池充电管理电路负责控制电池的充电和电量检测。

伸缩拉杆，伸缩拉杆安装于底盘上，需要用时拉出，用来拖动箱包行走。

多功能把手，多功能把手通过快装接口安装于拉杆头上。多功能把手内部自带电池和充电电路，同时内部集成了uwb测距芯片和控制电路，外部有触点用于充电。如将其安装回拉杆上方，就可以作为普通把手拉动箱包行走，同时箱包将自动切换到全手动模式，同时箱包底部的主电池会为把手充电。如将其从拉杆顶部取下，则箱包自动进入跟随模式，箱包两侧的uwb模块通过与把手上的uwb模块通讯来测距，测距信息通过底盘上的mcu处理得到距离和方位的信息，同时计算出箱包应该跟随的速度。多功能把手上还有遥控按钮，在箱包行走方向有错误或者遇到需要紧急停车的情况下，可以用把手上的遥控按钮控制箱包紧急停止行走。

可充电电池及无线充电线圈，可充电电池放置于底盘中，外部有防水设计，无线充电线圈位于底盘的最底部，其可以为电池充电。

充电底座，充电底座可放置于固定地点，当箱包需要充电时，可以将箱包卡在底座的特定卡槽中，通过充电底座上的无线充电盘为箱包充电。

箱包体，箱包的底部固定在底盘上，靠背固定在立式支架上，可以拆卸，箱包做了防水处理，雨天也可以使用。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。

在附图中：图1是本发明uwb测距实现角度定位的计算方式示意图；图2是本发明红外阵列传感器定向的示意图；图3是本发明自动跟随箱包组成示意图。

具体实施方式

实现箱包的自动跟随功能需要测量被跟随者相对于箱包的距离和角度，然后计算出箱包应该行走的方向和速度，箱包内部的控制电路驱动电机行走和转向。

距离测量：

所述箱包与被跟随者的测距由uwb模块实现，被跟随者手持多功能把手，把手中带有一个uwb测距模块，分别与放置在箱包两侧的两个uwb模块测距，根据两个距离的平均值，得到箱包相对于被跟随者的距离。不同于通常的uwb定位需要至少三个锚点的定位方式，此处仅用到两个uwb模块与跟随者手持的模块进行测距，由于少了一个模块，降低了功耗，降低了设计难度，同时也降低了成本。

角度测量：

角度的粗略测量由uwb测距差值计算得到，原理图见图1。假设测得从被跟随者到箱包两侧的uwb模块的距离分别为x1和x2，箱包两侧的uwb模块相距为a，则角度偏差值

由于a值相较于x1和x2的值较小，同时x1，x2值不够精确，只能达到10cm的精度，而且会有波动，所以由uwb测距得到的角度值本身精度不够，只有在偏差角度很大时才能应用，当需要精确测量角度时需要引入红外阵列测温传感器作为角度的测量传感器。红外阵列测温传感器内部由8个单元以上的横向向排列的测温传感器单元构成，外部环境的温度分布能够成像在传感器阵列上，每个单元传感器可以测量的温度误差在1度以内，从而可以很好地将人体从环境温度中分辨出来，根据人体在阵列上成像的位置，可以判断人体位于阵列传感器的什么方位，从而可以很好的指向被跟随者的角度。而且热成像不受光线和环境温度的影响，可在光线不好的环境甚至无光环境下使用。

优选的，以松下的mg8853/8833为例，其传感器阵列由64个8×8排列的热红外传感器单元组成，可探测角度达到了60度，当人体位于传感器前不同的方位，其所成的像就落在传感器上不同的列上，通过红外传感器上所成的像的位置，大小，就可以判断出人在传感器前方的偏移角度，也可以大致确定人与传感器之间的距离。红外阵列传感器定向原理如图2所示。

虽然已经参照示例性实施方式说明了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施方式。权利要求书的范围应符合最宽泛的解释，以包括所有这样的变型、等同结构和功能。