智能行李箱的制作方法

本实用新型涉及自动控制技术领域，特别是一种智能行李箱。

背景技术：

随着旅游产业的发展和人们生活水平的不断提高，行李箱已然成为人们日常生活中必不可少的出行物品，人们对行李箱的功能和和品质要求也在不断提升。首届中国箱包“互联网+”产业投资论坛上第一次提出了“智能箱包”的概念，即通过互联网与传统箱包产业相结合来推动箱包产业的功能性变革与转型升级，“箱包硬件智能化”、“箱包迈进智能化时代”等观点被相继提出，由此可见，“智能箱包”将是未来箱包产业发展的必然趋势。

通过大量的问卷调查及走访，我们发现人们在出行过程中主要面临以下几点问题：

1.旅途中因携带了笨重的行李箱而劳累；

2.旅途中因匆忙而遗忘行李箱；

3.因行李箱数量较多而携带不便。

基于上述存在的问题，及目前“互联网+”时代背景下箱包产业的发展趋势，与及出于对行李箱人性化方面的思考，人们开始重视行李箱和人的交互，希望行李箱能够自动跟随着人移动，但遗憾的是，目前市面上传统的行李箱并不具备自动跟随功能，在使用过程中不够灵活，非常耗费人的体力，也容易丢失。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，而提供一种智能行李箱，它解决了传统的行李箱并不具备自动跟随功能，在使用过程中不够灵活，非常耗费人的体力，也容易丢失的问题。

本实用新型的技术方案是：智能行李箱，包括箱体、定位模块、电机、电机驱动器、超声波测距模块、显示屏、蓝牙通信模块、控制芯片、电源模块及操作终端；

箱体底部设有两个滚轮和两个万向轮，两个滚轮和两个万向轮呈矩形布置，两个滚轮相邻布置，两个万向轮相邻布置；

定位模块数量有三个，三个定位模块安装在箱体底部，并呈正三角形布置；

电机的数量为两个，两个电机均固定安装在箱体上，并分别驱动一个滚轮转动；

电机驱动器安装在箱体上，并与两个电机电连接；

超声波测距模块安装在箱体外的四面侧壁上；

显示屏安装在箱体外的顶壁上；

蓝牙通信模块安装在箱体上；

控制芯片安装在箱体上，其信号输入端口与定位模块、超声波测距模块及蓝牙通信模块电连接，其信号输出端口与电机驱动器及显示屏电连接；

电源模块安装在箱体上，并分别与电机、显示屏及控制芯片电连接；

操作终端与蓝牙通信模块蓝牙连接，以发送控制指令或接收信息。

本实用新型进一步的技术方案是：其还包括usb充电模块、gps定位模块及报警模块；usb充电模块安装在箱体内，并与电源模块电连接，其在箱体外设有usb接口；gps定位模块安装在箱体上，并与控制芯片的信号输入端口电连接；报警模块安装在箱体上，并与控制芯片的信号输出端口电连接。

本实用新型再进一步的技术方案是：定位模块为uwb传感器；控制芯片型号为stm32f103rct6；超声波测距模块为hc-sr04测距模块；电机为110zy12-001永磁直流式电机；电机驱动器为l298n直流电机驱动器；电源模块包括12v可充电锂离子电池、ams1117-3.3电平转换芯片及电平转换芯片sn74lvc4245a；操作终端为带有蓝牙功能的智能手机。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点：

1、实现了行李箱自动跟随用户移动，从而解放了用户的双手，给用户带来更好的出行体验，解决了传统的行李箱并在使用过程中不够灵活，非常耗费人的体力，也容易丢失的问题。

2、可靠性好：智能行李箱的自动跟随功能基于uwb定位技术，uwb定位技术相比wifi、蓝牙及gps定位技术，具有功耗低、抗多径能力强及穿透能力强的优点，除此之外，uwb的无线通信空间容量远优于其它系统，无论在室内还是室外，均可实现高精度定位。

3、人性化：用户可通过操作终端操控行李箱移动及查看电量，操作方便快捷，同时，行李箱还具备防丢失报警(即与用户距离超过10m)、低电量报警(即电源模块的剩余电量不足10％)、异常状态报警(即蓝牙连接异常断开)的功能，进一步优化了使用体验。

以下结合图和实施例对本实用新型作进一步描述。

附图说明

图1为本实用新型的外观示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为图1的左视图；

图4为智能行李箱内各部件的连接关系示意框图；

图5为s02步骤中的toa算法示意图。

具体实施方式

实施例1：

如图1-4所示，智能行李箱，包括箱体1、定位模块2、电机3、电机驱动器4、超声波测距模块5、显示屏6、蓝牙通信模块7、控制芯片8、电源模块及操作终端10。

箱体1底部设有两个滚轮1-1和两个万向轮1-2，两个滚轮1-1和两个万向轮1-2呈矩形布置，两个滚轮1-1相邻布置，两个万向轮1-2相邻布置。

定位模块2选用uwb传感器，其数量有三个，三个定位模块2安装在箱体1底部，并呈正三角形布置。

电机3选用110zy12-001永磁直流式电机，其数量为两个，两个电机3均固定安装在箱体1上，并分别驱动一个滚轮1-1转动。

电机驱动器4为l298n直流电机驱动器，其安装在箱体1上，并与两个电机3电连接。

超声波测距模块5型号为hc-sr04测距模块，其安装在箱体1外的四面侧壁上。

显示屏6安装在箱体1外的顶壁上，其用于显示电源模块的剩余电量、智能行李箱与操作终端10之间的蓝牙连接状态、智能行李箱与用户之间的跟随距离、智能行李箱的行驶速度、智能行李箱的行驶总里程、电池剩余电量。

蓝牙通信模块7安装在箱体上。

控制芯片8型号为stm32f103rct6，其安装在箱体1上，其信号输入端口与定位模块2、超声波测距模块5及蓝牙通信模块7电连接，其信号输出端口与电机驱动器4及显示屏6电连接。

电源模块包括12v可充电锂离子电池、ams1117-3.3电平转换芯片(用于输出3.3v电压)及电平转换芯片sn74lvc4245a(用于输出5v电压)，电源模块安装在箱体1上，并分别与电机3、显示屏6及控制芯片8电连接，其为智能行李箱内各部件的运行提供电力支持。

操作终端10为带有蓝牙功能的智能手机，其与蓝牙通信模块7蓝牙连接，以发送控制指令或接收信息。

优选，智能行李箱还包括usb充电模块11、gps定位模块12及报警模块13。usb充电模块11安装在箱体1内，并与电源模块电连接，其在箱体外设有usb接口111；gps定位模块12安装在箱体1上，并与控制芯片8的信号输入端口电连接；报警模块13安装在箱体1上，并与控制芯片8的信号输出端口电连接。

一种自动跟随方法，应用于上述的智能行李箱，可实现智能行李箱跟随物主自动移动，步骤如下：

s01，系统初始化及设定：用户随身携带uwb传感器，并启动智能行李箱的供电，待控制芯片的初始化完成后，通过操作终端与智能行李箱建立蓝牙连接，通过操作终端设定智能行李箱为智能跟随模式，并设定跟随距离。

本步骤中，操作终端提供智能跟随模式及手动跟随模式可供选择，智能跟随模式下，智能行李箱自动跟随用户移动，并与用户之间保持设定的距离，手动跟随模式下，智能行李箱仅按照用户设定的轨迹行走，跟随距离的设定区间在1-10m，默认设定值为2m。

s02，获取用户与智能行李箱的相对位置：用户随身携带的uwb传感器向智能行李箱上的3个uwb传感器发送信号，智能行李箱上的控制芯片随即通过toa(timeofarrival)算法运算得出用户所在方位及用户相对于智能行李箱之间的距离。

本步骤中，用户随身携带的uwb传感器为定位标签，智能行李箱上的3个uwb传感器为定位基站。

本步骤中，toa算法即通过测量定位标签与已知位置的定位基站间的传输时间计算出距离，采用三个以上距离值，通过三角定位，计算出被测的定位标签的位置。

定位标签与与智能行李箱之间的距离l由公式2求解：

式中：设定智能行李箱上的3个uwb传感器分别为a、b、c，△abc的形心为h点，并设定线段ab长度为a，线段bc的中点为o，由于智能行李箱上的3个uwb传感器呈正三角形布置，则ab＝bc＝ac＝a，经线段bc和oa建立xy平面坐标系，为x轴正向，为y轴正向，设定用户携带的uwb传感器为m，m在xy平面坐标系上的投影点为m′，线段ma的长度为d1，线段mb的长度为d2，线段mc的长度为d3。

通过用户携带的uwb传感器与智能行李箱上的3个uwb传感器分别通信的时间，可直接计算出d1、d2、d3的值，a为固有参数，可直接测量获得，将d1、d2、d3、a的值带入公式2即可求解定位标签与与智能行李箱之间的距离l。

用户所在方位(即∠mha)由公式3求解：

将d1、d2、d3的值带入公式3即可求解θ。

s03，自动跟随用户：主控芯片根据toa算法的实时运算结果计算出两个电机的实时运行参数，再驱动两个电机运转，以带动智能行李箱移动，实现自动跟随功能，智能行李箱跟随的过程中，由用户加速导致智能行李箱与用户之间的距离大于设定的跟随距离时，智能行李箱进行减速，由用户减速导致智能行李箱与用户之间的距离小于设定的跟随距离时，智能行李箱进行加速，以保证其与用户之间的相对距离保持稳定，当用户转向时，智能行李箱通过电机相应的差速转向，以保证其与用户之间的相对方位不变。

智能行李箱移动过程中，电机的转速随着负载的增大而减小，当电机的负载发生变化而导致电机转速发生变化时，电机驱动器则通过pid控制实时调节电机转速，以减轻负载变化对电机转速产生的影响；pid调节即积分、微分、比例控制，其工作方式是通过先设定一个设定值，再将智能行李箱实际工作中的电机输出转速与该设定值进行比较，对比较后得到的偏差进行控制；

pid调节的控制规则如公式1所示：

式中：u(t)为pid调节的输出；

e(t)为pid调节的输入(即偏差值)；

kp为比例系数；

ti为积分时间常数；

td为微分时间常数；

比例系数kp的确定方法是，先令积分时间常数和微分时间常数为0，然后令比例系数从0逐渐增大，增大至系统发生震荡，然后再令其逐渐减小，至系统震荡消失为止，记录此时的比例系数kp的值；比例系数kp调试完成；

比例系数kp确定后，设定一个较大的积分时间常数ti的初值，然后逐渐减小ti，直至系统出现震荡，之后再反过来，逐渐加大ti，直至系统震荡消失；记录此时的ti，积分时间常数ti调试完成；

微分时间常数td的确定方法是，令微分时间常数td从0逐渐增大，增大至系统发生震荡，然后再令其逐渐减小，至系统震荡消失为止，记录此时的微分时间常数td的值；微分时间常数td调试完成；

将e(t)、ti、td的值带入公式1即可求解u(t)。

优选，智能行李箱移动过程中，控制芯片通过对行进方向前方及两侧的超声波测距模块的检测数据实时处理，分析周围障碍物的位置及距离，当智能行李箱行进路线上的障碍物进入智能行李箱的安全距离时，控制芯片控制电机运动，使智能行李箱沿障碍物的轮廓移动，绕开障碍物后再回到设定的行进路线上。

优选，智能行李箱在智能跟随模式移动过程中，出现以下情况之一，则由控制芯片触发报警器报警：1、智能行李箱与用户距离超过10m；2、操作终端与智能行李箱的蓝牙连接断开；3、电源模块的剩余电量低于10％。