一种行李搬运用智能小车

1.本发明属于旅游行业技术领域，具体涉及一种行李搬运用智能小车。


背景技术：

2.当前市场有类似于本发明的产品高铁站行李搬运机器人，2019年12月，中国科学院自动化所与铁科院电子所联合研发的高铁站行李搬运机器人在清河站投入试用。该款行李搬运机器人包含行李搬运、站内引导、信息问询、自主跟随四大方面。客户可以通过人脸识别或身份证读取检票口等信息，将行李放置在机器人上，由机器人自主带领至相应地点候车，也可以让机器人在站内跟随客户行走。机器人具备自主安全避障功能，遇到行人会自动调转方向以防止碰撞。该款机器人采用激光、超声、红外、rgbd等多源传感器融合方案，解决高铁站超大场景面积、超高人群密度的建图、定位及安全避障等技术难题。该机器人已在郑州东站完成4.7万平米高精度地图制作，实现了密集人群环境下的自主导航与自主跟随等功能。经过测试与验证，机器人性能稳定可靠，目前已在京张高铁清河站投放试用。
3.但是，现有的行李搬运机器人在进行行李搬运时没有做到对客户行李的保密保护措施，也没有做到对客户行李的实时监控保护，不能够时刻保证客户行李的安全性；而且到现在为止还没有可以适应各种地形的行李搬运机器人，有些地方的机场或者高铁站的地形会比较复杂像楼梯上下坡这样的，现有的产品还只能是在相对比较平缓的路面上搬运，不能够上楼梯，不能做到对客户行李某些搬运需求；现有的行李搬运机器人还没有加入共享支付的理念，没有体现出其较大的商业价值，因此我们需要提出一种行李搬运用智能小车来解决上述问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种行李搬运用智能小车，uwb定位系统、wifi模块、控制终端主控制板、重力感应模块、超声波测距模块和激光雷达的配合，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
6.一种行李搬运用智能小车，包括箱体和控制箱，所述箱体安装在控制箱的上表面，所述控制箱的相对的两侧均安装有行走机构，所述行走机构的上方安装有lcd液晶屏，所述箱体的内顶部安装有第一电动推杆，所述第一电动推杆的一端安装有伺服电动缸，所述第一电动推杆的活塞杆端安装有固定板，所述箱体一侧上端内壁安装有摄像头，所述箱体的内底部安装有承载台，所述承载台的下表面安装有重力感应模块，所述箱体与摄像头相对的一侧安装有箱门，所述箱门上安装有丰巢柜式智能电磁锁，所述控制箱上表面的有超声波测距模块和激光雷达，四个所述超声波测距模块位于控制箱的四个拐角，所述激光雷达设置有两组，两组所述激光雷达安装在控制箱中间的相对前后两侧，所述超声波测距模块的下方安装有舵机，所述控制箱的内部安装有锂电池、控制终端主控板和陀螺仪，所述陀螺仪位于控制箱的底部，所述控制终端主控制板上安装有wifi模块和uwb定位系统，所述控制
终端主控板位于两组行走机构之间，所述控制终端主控制板的一端电性连接有dc-dc稳压模块，所述锂电池设置有两组，两组所述锂电池之间安装有第二电动推杆，所述第二电动推杆活塞杆端贯穿控制箱的顶部与箱体的下端铰接。
7.优选的，所述行走机构包括四个驱动轮和橡胶材质的履带，所述四个驱动轮呈两两对称转动安装在箱体的两端，所述履带套接在四个驱动轮上，所述履带的中部安装有两个支重轮，且其中一个所述驱动轮通过伺服电机驱动，两组所述行走机构的伺服电机通过电机驱动器驱动。
8.优选的，所述电机驱动器设置为直流伺服电机控制器，所述伺服电机的功率为200w，所述伺服电机与电机驱动器电性连接。
9.优选的，所述控制终端主控制板包括stm32f103c8t6芯片，所述stm32f103c8t6芯片设置有40个引脚，所述激光雷达的输入端与stm32f103c8t6芯片的pa6和pc0端连接，所述激光雷达的输出端与stm32f103c8t6芯片的pa7和pc1端连接。
10.优选的，所述超声波测距模块是用来测量距离的一种产品，通过发送和接收超声波，利用时间差和声音传播速度，计算出模块到前方障碍物的距离，所述超声波测距模块设置有控制口和接收口。
11.优选的，所述uwb定位系统包括感知层、传输层、服务层、网络层和应用层，所述感知层包括定位标签和定位基站，定位标签和定位基站二者之间通过信息交流来记录信息的发送和到达时间,并根据获取的时间关系来推算出信号飞行时间,从而得到基站与标签之间的直线距离，所述传输层使用以太网或wifi，所述服务层含有对内接口软件以及定位引擎软件和系统管理软件，所述网络层包括互联网和局域网。
12.优选的，所述舵机包括多级减速齿轮、电位器和电机驱动芯片，所述多级减速齿轮通过电机驱动，所述电机与电机驱动芯片电性连接，所述舵机用来模拟开锁和关锁，所述舵机内部含有一个基准电压，所述控制终端主控制板产生的pwm信号通过信号线进入舵机产生直流偏置电压与舵机内部的基准电压差输出，电压差的正负输出到电机驱动芯片上，用于控制电机正反转。
13.优选的，所述激光雷达是通过脉冲激光照射目标并用传感器测量反射脉冲返回时间来测量目标距离的，用激光返回时间和波长的差异制作目标的数字三维表示。
14.优选的，所述wifi模块包括esp8266芯片，所述esp8266芯片支持sta、ap和sta+ap三种工作模式内置tcp/ip协议栈，支持多路tcpclient连接、支持uart/gpio数据通信接口、支持smartlink智能联网功能内置32位mcu。
15.优选的，所述锂电池是由锂金属或锂合金为正/负极材料、使用非水电解质溶液的电池，所述重力感应模块包括专为高精度电子秤而设计的24位a/d转换器芯片和重力感应器，所述重力感应器与24位a/d转换器芯片电性连接。
16.本发明提出的一种行李搬运用智能小车，与现有技术相比，具有以下优点：
17.1、本发明通过uwb定位系统解决了室内定位不准确的问题和小运方块的位置共享，让客户随时掌握了解自己的行李的位置情况不用担心行李丢失找不到的情况，也保证了智能小车只能在有效范围内运行的可控性；采用激光雷达可对智能小车周围的障碍物进行3d扫描识别障碍物距离以及运动情况反馈给智能小车的控制终端主控制板以做出及时的避障措施，防止了智能小车对障碍物的识别不准确范围不够的问题，让智能小车能够在
搬运过程中更加顺利安全。
18.2、本发明通过行走机构的设置，增加了智能小车与地面的接触面积，减少了压力，增加了智能小车的承重能力，也让智能小车与地面的附着力更强避免了地滑运输困难的情况，并且利用其强大的附着力和特殊的结构能够适应各种复杂地形例如楼梯，也让智能小车的可使用范围更广；智能小车的使用选择共享支付使用使其拥有了更广泛的商业价值，并且给出性价比较高的定价，使其可应用接受的范围更广了。
附图说明
19.图1为本发明的结构示意图；
20.图2为本发明的侧视结构示意图；
21.图3为本发明的控制箱内部结构示意图；
22.图4为本发明的控制终端主控制板的连接框图；
23.图5为本发明的uwb定位系统电路图；
24.图6为本发明的控制终端主控制板流程图；
25.图7为本发明提供的app使用流程图；
26.图8为本发明的舵机电路图；
27.图9为本发明的wifi模电路图；
28.图10为本发明的重力感应器电路图。
29.图中：1、箱体；2、固定板；3、第二电动推杆；4、摄像头；5、箱门；6、伺服电动缸；7、lcd液晶屏；8、行走机构；801、履带；803、驱动轮；802、支重轮；9、超声波测距模块；10、控制箱；11、伺服电机；12、锂电池；13、重力感应模块；14、承载台；15、陀螺仪。
具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.本发明提供了如图1-10所示的一种行李搬运用智能小车，包括箱体1和控制箱10，箱体1安装在控制箱10的上表面，控制箱10的相对的两侧均安装有行走机构8，行走机构8的上方安装有lcd液晶屏7，箱体1的内顶部安装有第一电动推杆，第一电动推杆的一端安装有伺服电动缸6，第一电动推杆的活塞杆端安装有固定板2，固定板2用于固定箱体1内的行李，箱体1一侧上端内壁安装有摄像头4，箱体1的内底部安装有承载台14，承载台14的下表面安装有重力感应模块13，箱体1与摄像头4相对的一侧安装有箱门5，箱门5上安装有丰巢柜式智能电磁锁，控制箱10上表面的四个拐角处均安装有超声波测距模块9和激光雷达，四个超声波测距模块9位于控制箱10的四个拐角，激光雷达设置有两组，两组激光雷达安装在控制箱10中间的前后相对两侧，超声波测距模块9的下方安装有舵机，控制箱10的内部安装有锂电池12控制终端主控板和陀螺仪15，陀螺仪15位于控制箱10的底部，控制终端主控制板上安装有wifi模块和uwb定位系统，控制终端主控板位于两组行走机构之间，控制终端主控制
板的一端电性连接有dc-dc稳压模块，锂电池12设置有两组，两组锂电池12之间安装有第二电动推杆3，第二电动推杆3活塞杆端贯穿控制箱10的顶部与箱体1的下端铰接；
32.每组行走机构8包括四个驱动轮803和橡胶材质的履带801，四驱动轮803呈两两对称转动安装在箱体1的两端，履带801套接在四个驱动轮803上，履带801的中部安装有两个支重轮802，且其中一个驱动轮803通过伺服电机11驱动，两组行走机构8的伺服电机11通过电机驱动器驱动。
33.履带式底盘着地面积比车轮式大，所以着地压强小，另外与路面粘着力较强，所能提供的驱动力大。履带式底盘采用仿坦克结构设计，即在底盘两侧布置一对带有驱动装置的双履带结构。具体结构如下附图2。其具体工作原理为：每个履带机构由一个驱动轮，一个导轮和多个负重轮组成，通过安装时的对轮系限位，将包在外侧的履带张紧，驱动轮带动履带相对车轮移动，导轮限制履带在运动中的位置，负重轮支承整个车体的重量。机械行走时,驱动轮在履带紧边产生一个拉力，力图把履带从支重轮下拉出。出于支重轮下的履带与地面有足够的附着力,阻止履带的拉出，迫使驱动轮卷绕履带向前滚动，导向轮把履带铺设到地面，从而使机体借支重轮沿履带轨道向前运行。以此利用履带的大驱动和足够的附着力能够适应大多数复杂的地形例如爬楼梯
34.电机驱动器设置为直流伺服电机11控制器，伺服电机11的功率为200w，伺服电机11与电机驱动器电性连接，伺服电机11是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。伺服电机可使速度控制和位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出，本发明中采用功率为200w的伺服电机。其具体三维结构如下附图7在本发明中的应用为：使用伺服电机的位置模式，低速脉冲输入，该模式的控制只需要两路输入，一路作为位置脉冲输入，一路作为方向控制(正反转)输入。
35.电机驱动可提供一个完整的闭环系统所需的所有主动功能。该器件可由宽输入共模范围的片上运放和窗比较器、具有方向存储器的驱动和制动逻辑、1.0a功率、高频率开关驱动、独立可编程的过流监测和关机延迟、过压监测等组成。
36.控制终端主控制板包括stm32f103c8t6芯片，该核心板是基于armcortex-m3内核设计的微控制器，此外其外设和硬件设计兼容市场一些主流微控制器，并且在性能和功能上有所增强，方便使用快速导入，保持操作一致的基础上实现功能丰富化，功能强成本低，stm32f103c8t6芯片设置有40个引脚，激光雷达的输入端与stm32f103c8t6芯片的pa6和pc0端连接，激光雷达的输出端与stm32f103c8t6芯片的pa7和pc1端连接，pa8和pc2端口分别与超声波模块3的输入输出端口进行连接；pa9和pc3端口分别与超声波模块2输入输出端口进行连接；pb0、pb2、pb4、pb14端口输出pwm波依次连接伺服电机驱动1-4的sign2端口，pb1、pb3、pb5、pb15输出高低电平控制电机正反转，依此连接伺服电机1-4的pulse2端口；pa2和pa3端口与esp8266“001”的tx(发送端)和rx(接收端)端口对应连接；主控板007通过pa2向esp8266“001”发送指令，esp8266“001”接收指令并执行，然后通过pa3接收esp8266“001”发送回来的不定长指令；vcc端口与稳压模块015的3.3v输出端口连接；pc4和pc5端口分别连接陀螺仪模块010的sdl和sda端口；pc6端口连接hx711重力感应模块008的数据端口dout，
pa4端口连接时钟端口pd_sck；pa5端口连接舵机的信号线端口；pa10和pa11分别连接usart串口屏的rx和tx端口。pb6、pb7、pb8、pb9、pb10、pb11、pb12和pb13端口分别连接dwm1000的spi_cs、spi_mosi、spi_mios、spi_clk、irq/gpio8、exton、wakeup和reset端口。
37.超声波测距模块9是用来测量距离的一种产品，通过发送和接收超声波，利用时间差和声音传播速度，计算出模块到前方障碍物的距离，超声波测距模块9设置有控制口和接收口，控制口用于发送10us以上的高电平，接收口用于高电平输出，其基本工作原理为：采用io触发测距,给至少10us的高电平信号；模块会自动发送8个40khz的方波,自动检测是否有信号返回；有信号返回则通过io输出一高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间.测试距离＝(高电平时间*声速(340m/s))/2。在本发明中的应用为：一个控制口(pa6、pa7)发一个10us以上的高电平,就可以在接收口(pc0、pc1)等待高电平输出。一有输出就可以开定时器计时,当此口变为低电平时就可以读定时器的值,此时就为此次测距的时间，方可算出距离。如此不断的周期测，就可以达到移动测量的值了。
38.uwb定位系统包括感知层、传输层、服务层、网络层和应用层，感知层包括定位标签和定位基站，定位标签和定位基站二者之间通过信息交流来记录信息的发送和到达时间,并根据获取的时间关系来推算出信号飞行时间,从而得到基站与标签之间的直线距离，传输层使用以太网或wifi，服务层含有对内接口软件以及定位引擎软件和系统管理软件，网络层包括互联网和局域网，最后是应用层的系统应用软件和sdk(应用层对外接口软件)。其中感知层的定位标签和定位基站二者之间通过信息交流来记录信息的发送和到达时间,并根据获取的时间关系来推算出信号飞行时间,从而得到基站与标签之间的直线距离。然后感知层获得信息通过传输层的以太网或者wifi将信息传输给服务层和应用层，以此让手机端和管理控制总端能够随时掌智能握搬运小车的定位和行动轨迹，如图5所示电路图。
39.舵机包括多级减速齿轮、电位器和电机驱动芯片，多级减速齿轮通过电机驱动，电机与电机驱动芯片电性连接，舵机用来模拟开锁和关锁，舵机内部含有一个基准电压，控制终端主控制板产生的pwm信号通过信号线进入舵机产生直流偏置电压与舵机内部的基准电压差输出，电压差的正负输出到电机驱动芯片上，用于控制电机正反转，当舵机开始旋转的时候,舵机内部通过级联减速齿轮带动电位器旋转,使得电压差为零,电机停止转动。达到控制电磁锁的效果。
40.激光雷达是通过脉冲激光照射目标并用传感器测量反射脉冲返回时间来测量目标距离的，用激光返回时间和波长的差异制作目标的数字三维表示，现在常称为光探测(或光成像、检测和测距)。最初是光和雷达的混合体，激光雷达有时也被称为3d激光扫描，是3d扫描和激光扫描的特殊组合。可以做到精准大范围的测距避障。
41.wifi模块包括esp8266芯片，esp8266芯片支持sta、ap和sta+ap三种工作模式内置tcp/ip协议栈，支持多路tcpclient连接、支持uart/gpio数据通信接口、支持smartlink智能联网功能内置32位mcu，可兼作应用处理器3.3v单电源供电支持丰富的socketat指令，esp8266芯片拥有业内极富竞争力的封装尺寸和超低能耗技术，专为移动设备和物联网应用设计，可将用户的物理设备连接到wifi无线网络上，进行互联网或局域网通行。实现智能小车的联网功能。
42.锂电池12是由锂金属或锂合金为正/负极材料、使用非水电解质溶液的电池，由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高。也正好适
用于本发明，重力感应模块13包括专为高精度电子秤而设计的24位a/d转换器芯片和重力感应器，重力感应器与24位a/d转换器芯片电性连接；该24位a/d转换器芯片集成了包括稳压电源、片内时钟振荡器等其它同类型芯片所需要的外围电路，具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点。降低了电子秤的整机成本，提高了整机的性能和可靠性。该芯片与后端mcu(微控制单元)芯片的接口和编程非常简单，所有控制信号由管脚驱动，无需对芯片内部的寄存器编程。输入选择开关可任意选取通道a或通道b，与其内部的低噪声可编程放大器相连。通道a的可编程增益为128位或64位，对应的满额度差分输入信号幅值分别为
±
20mv或
±
40mv。通道b则为固定的32位增益，用于系统参数检测。芯片内提供的稳压电源可以直接向外部传感器和芯片内的a/d转换器提供电源，系统板上无需另外的模拟电源。芯片内的时钟振荡器不需要任何外接器件。上电自动复位功能简化了开机的初始化过程。
43.重力感应器采用弹性敏感元件制成悬臂式位移器，与采用弹性敏感元件制成的储能弹簧来驱动电触点，完成从重力变化到电信号的转换。具体原理就是利用了其内部的由于加速度造成的晶体变形这个特性。由于这个变形会产生电压，只要计算出产生电压和所施加的加速度之间的关系，就可以将加速度转化成电压输出。以此测得箱内行李的重量。
44.门锁采用丰巢柜式电磁锁智能快递柜电控锁，体积小，重量轻，不锈钢材质，外观美观结实，3颗m4螺钉固定孔。4条出线，2条为线圈吸合通断线，另外两条为状态信号线。它的直接作用就是来实现快递柜储物格门的开闭的，而里面涉及到的微动开关就更是重中之重了，它可以实时监测电控锁的开合、关闭状态，具有微小的节点间隔、速动机构以及规定的动作力的开关，具有超高安全、超长寿命、超小尺寸的特性。
45.摄像头4采用防暴无线wifi监控摄像头，实时监控箱内行李动态情况保证行李的安全以及避免一些不必要的纠纷，并且也防止行李在箱内不小心撞击到摄像头造成不必要的损失。
46.箱体1使用较为坚固的外壳材料形成一个大容量封闭单门式不透明的箱子，可以在保证大容量的存放客户行李的同时达到对客户行李保密保护的作用。
47.dc-dc稳压模块的原理是用开关电源的思想实现的。在电压稳定之前串联电阻器给齐纳二极管供电，以便在二极管的两极之间保持稳定的电压差，然后用三极管或集成块作为比较器，输出一端连接到参考电压，可调电阻的中央部分；另一端连接到限流电阻，可调两个引脚的两个极，用来控制和调节晶体管的导通，以达到电压调节的目的。这个降压的过程相对于稳压模块来说，更大限度地避免了电能在降压模块上面的消耗，并且内部震荡部分控制其占空比就能改变输出电压大小，使其输出电压能够恒定。保证了控制终端主控制板的安全运行。
48.电动推杆3的工作原理为：电机输出轴蜗杆带动蜗轮转动，使蜗轮内连接的丝杆转动，丝杆上的螺母在导向管内作轴向移动，至所需行程时，螺母凸台压下行程开关断电，电动机停止运转,正反控制相同。电机经齿轮减速后，带动一对丝杆螺母，螺母连接推杆，把电机的旋转运动变成推杆的直线运动，利用电动机正反转完成推杆动作。以控制箱体倾斜角度，保持箱体内部行李的平衡。
49.本发明的控制终端主控制板程序大致流程为：首先控制终端主控制板管脚pa2收到第一个上升沿信号进入锁控程序，控制终端主控制板给锁控板管脚发送高电平信号并延时等待10s，然后锁控板端反馈给控制终端主控制板管脚一个下降沿信号并且管脚pa2收到
第二次上升沿信号，程序进入到搬运服务主函数，管脚接收uwb的信号进行处理并输出给电机驱动管脚相应的信号，当激光雷达管脚收到信号后直接输出给电机驱动管脚，当超声波管脚pa6/pa7收到上升沿时但激光雷达管脚没有信号时程序进入避障中断服务函数直到超声波和激光雷达都没有信号时跳出避障中断服务函数，当激光雷达和超声波管脚同时有信号输入时则只处理激光雷达管脚的信号；当管脚收到陀螺仪的信号时，控制终端主控制板进行信号处理后将信号输出给电磁阀；当esp8266管脚pa2信号异常时控制终端主控制板进入待机状态；当控制终端主控制板第三次收到管脚pa2的上升沿信号则再次进入锁控程序，锁控板管脚返回下降沿时延时2s直到收到管脚pa2的第四次上升沿信号控制终端主控制板则进入待机状态等待管脚的下一次上升沿信号。可参照附图6。
50.手机小程序使用的大致流程如下附图7：客户打开手机app，进入app的首页，首页客户可以选择扫码用车、查询客户周围的本发明站点、选择想要到达的本发明站点以及各种福利活动入口；还可以跳至其他页面：福利、钱包、我的。在福利页面可以查看到各种当前的福利活动，例如签到领优惠券等；在钱包页面可以查询客户当前拥有的账户余额以及优惠卡券等账户资产；在我的页面可以查看到用户的账号基本信息、客服中心、app的用户条款及隐私政策、身份认证以及用户账号最近的账单查询。使用本发明时客户首先点击主页扫码入口进行扫码，扫码成功后客户同意用户协议，客户放置行李并确定已放置好行李和关好门锁然后客户选择想要到达的搬运站点，本发明到达站点后向客户发送到达站点信息，客户再次打开app首页，跳至我的页面选择我的订单然后点击结束订单，箱门自动弹开客户拿出箱内行李并关好门锁，app自动弹出支付页面，客户支付完后对本次搬运服务进行打分评价即为客户使用结束。如若本发明到达站点后客户未在规定时间内赶到开锁，则系统自动开始计时加收费用直到客户结束订单计时停止并支付整个订单的费用。
51.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。