CN113040487B - 智能行李箱及其自动跟随方法 - Google Patents

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Abstract

智能行李箱，包括行李箱、UWB基站、主UWB标签和控制器；行李箱下端设有呈矩形分布的万向轮A、万向轮B、差速轮C和差速轮D；UWB基站包括安装在行李箱上的标签A、标签B、标签C和标签D；主UWB标签分别与标签A、标签B、标签C和标签D通信方式连接；控制器的信号输入端口分别与标签A、标签B、标签C和标签D通信方式连接，控制器的信号输出端口分别与两个电机通信方式连接。一种行李箱自动跟随用户移动的方法，应用于上述的智能行李箱。本发明实现了行李箱自动跟随用户移动，行李箱可跟随在用户身后一定的距离移动，并根据用户的行进方向和速度自适应的调整姿态和速度，解放了用户的双手，提高了行李箱的智能化。

Description

智能行李箱及其自动跟随方法
技术领域
本发明涉及智能控制技术领域，特别是一种智能行李箱及其自动跟随方法。
背景技术
随着科学技术的发展和人类社会的进步，智能化技术日益深入到人们的日常的生活当中，给人们的生活带来了极大的便利。但在智能化的大军当中，智能跟随的领域目前在国内尚属起步阶段，而智能跟随技术在许多生产、生活场景、日常生活用品上均有应用前景，能极大的给人们的生产和生活带来便利。
以箱包领域为例，行李箱若能实现自动跟随出行人移动，将节省出行人的体力，给出行人带来便利。智能行李箱集成了自动控制技术、单片机技术、电力电子技术、电力拖动技术与自适应控制算法于一身。在目前的市场上，传统的行李箱仍然占据着大部分的市场份额，尚未出现能够应用于市场的智能行李箱。在智能化设备越来越普及的当下，行李箱必然将迎来一场技术革命。
故而，在当前背景下，行李箱领域存在极大的市场和技术缺口。传统式的行李箱依靠机械结构，变滑动为滚动，节省人力，现在的机械改进型多围绕如何减小轮子的摩擦系数。电动式的行李箱是依靠遥控实现跟随。用户通过手动遥控行李箱以实现行李箱的前进、后退与转向。上述两种工作方式的行李箱需要手动拖拽或控制，不能实现自动跟随用户。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，而提供一种智能行李箱及其自动跟随方法，它解决了现有的行李箱需要手动拖拽或控制，不能实现行自动跟随用户的问题。
本发明的技术方案是：智能行李箱，包括行李箱、UWB基站、主UWB标签和控制器；行李箱下端设有呈矩形分布的万向轮A、万向轮B、差速轮C和差速轮D，万向轮A和万向轮B呈对角布置，差速轮C和差速轮D呈对角布置，差速轮C和差速轮D分别与安装在行李箱底部的电机连接，并分别被对应的电机驱动转动；UWB基站包括安装在行李箱上的标签A、标签B、标签C和标签D；标签A、标签B、标签C和标签D共平面，标签A、标签B、标签C和标签D中的任意三个不共直线；主UWB标签分别与标签A、标签B、标签C和标签D通信方式连接；控制器的信号输入端口分别与标签A、标签B、标签C和标签D通信方式连接，控制器的信号输出端口分别与两个电机通信方式连接。
本发明进一步的技术方案是：标签A、标签B、标签C、标签D和主UWB标签均处在同一水平面上；并且，标签A、标签B、标签C和标签D依次连接形成正方形。
本发明进一步的技术方案是：标签A、标签B、标签C及标签D处在同一水平面上，标签A、标签B、标签C和标签D依次连接形成正方形；主UWB标签位于所述水平面的上方，主UWB标签与所述水平面的垂直距离为h。
本发明进一步的技术方案是：标签B、标签C及标签D处在同一水平面上，标签A在所述水平面上的垂直投影点与标签B、标签C及标签D依次连接形成正方形，标签A和主UWB标签均位于所述水平面的上方，标签A与所述水平面的垂直距离为m，主UWB标签与所述水平面的垂直距离为h。
本发明的技术方案是：一种行李箱自动跟随用户移动的方法，应用于上述的智能行李箱，步骤如下：
参数设定：
设主UWB标签到标签A的直线距离为LA，主UWB标签到标签B的直线距离为LB，主UWB标签到标签C的直线距离为LC，主UWB标签到标签D的直线距离为LD；主UWB标签携带在用户身上；设LC-LD＝err，LA-LB＝dir，(LA+LB)/2＝gap；设正方向为标签B指向标签A；负方向为标签A指向标签B；
移动逻辑：
当err＞0，dir≥0，差速轮C的转速大于差速轮D的转速，智能行李箱总体方向为负方向；
当err＜0，dir≥0，差速轮C的转速小于差速轮D的转速，智能行李箱总体方向为负方向；
当err＞0，dir＜0，差速轮C的转速大于差速轮D的转速，智能行李箱总体方向为正方向；
当err＞0，dir＜0，差速轮C的转速小于差速轮D的转速，智能行李箱总体方向为正方向；
跟随机制：
设定行李箱与行人的最终保持距离为g，n为加成系数；
当gap＞n×g时，控制器控制电机动作，使行李箱向正方向满速行进；当g≤gap≤n×g时，控制器控制电机动作，使行李箱向正方向减速行进；当gap＜g时，控制器控制电机动作，使行李箱向反方向加速后退。
本发明的技术方案是：一种行李箱自动用户移动的跟随方法，应用于上述的智能行李箱，步骤如下：
参数设定：
设主UWB标签到标签A的直线距离为LA，主UWB标签到标签B的直线距离为LB，主UWB标签到标签C的直线距离为LC，主UWB标签到标签D的直线距离为LD；主UWB标签携带在用户身上；设LC-LD＝err，LA-LB＝dir，
Figure BDA0002986219830000041
设正方向为标签B指向标签A；负方向为标签A指向标签B；
移动逻辑：
当err＞0，dir≥0，差速轮C的转速大于差速轮D的转速，智能行李箱总体方向为负方向；
当err＜0，dir≥0，差速轮C的转速小于差速轮D的转速，智能行李箱总体方向为负方向；
当err＞0，dir＜0，差速轮C的转速大于差速轮D的转速，智能行李箱总体方向为正方向；
当err＞0，dir＜0，差速轮C的转速小于差速轮D的转速，智能行李箱总体方向为正方向；
跟随机制：
设定行李箱与行人的最终保持距离为g，n为加成系数；
当gap＞n×g时，控制器控制电机动作，使行李箱向正方向满速行进；当g≤gap≤n×g时，控制器控制电机动作，使行李箱向正方向减速行进；当gap＜g时，控制器控制电机动作，使行李箱向反方向加速后退。
本发明的技术方案是：一种行李箱自动跟随用户移动的方法，应用于上述的智能行李箱，步骤如下：
参数设定：
设主UWB标签到标签A的直线距离为LA，主UWB标签到标签B的直线距离为LB，主UWB标签到标签C的直线距离为LC，主UWB标签到标签D的直线距离为LD；主UWB标签携带在用户身上；设LC-LD＝err，LA-LB＝dir，
Figure BDA0002986219830000051
设正方向为标签B指向标签A；负方向为标签A指向标签B；
移动逻辑：
当err＞0，dir≥0，差速轮C的转速大于差速轮D的转速，智能行李箱总体方向为负方向；
当err＜0，dir≥0，差速轮C的转速小于差速轮D的转速，智能行李箱总体方向为负方向；
当err＞0，dir＜0，差速轮C的转速大于差速轮D的转速，智能行李箱总体方向为正方向；
当err＞0，dir＜0，差速轮C的转速小于差速轮D的转速，智能行李箱总体方向为正方向；
跟随机制：
设定行李箱与行人的最终保持距离为g，n为加成系数；
当gap＞n×g时，控制器控制电机动作，使行李箱向正方向满速行进；当g≤gap≤n×g时，控制器控制电机动作，使行李箱向正方向减速行进；当gap＜g时，控制器控制电机动作，使行李箱向反方向加速后退。
本发明进一步的技术方案是：控制器对电机的控制方式为串级PID控制。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
其实现了行李箱自动跟随用户移动，行李箱可跟随在用户身后一定的距离移动，并根据用户的行进方向和速度自适应的调整姿态和速度，解放了用户的双手，提高了行李箱的智能化。
以下结合图和实施例对本发明作进一步描述。
附图说明
图1为本发明中的各部件的通信连接关系示意图；
图2为仰视视角下的行李箱结构示意图；
图3为实施例1中的UWB基站在行李箱上的安装位置及UWB基站与主UWB标签的位置关系示意图；
图4为实施例2中的UWB基站在行李箱上的安装位置及UWB基站与主UWB标签的位置关系示意图；
图5为实施例3中的UWB基站在行李箱上的安装位置及UWB基站与主UWB标签的位置关系示意图。
具体实施方式
实施例1：
智能行李箱，包括行李箱1、UWB基站、主UWB标签3和控制器4。
行李箱1下端设有呈矩形分布的万向轮A11、万向轮B12、差速轮C13和差速轮D14，万向轮A11和万向轮B12呈对角布置，差速轮C13和差速轮D14呈对角布置，差速轮C13和差速轮D14分别与安装在行李箱1底部的电机15连接，并分别被对应的电机15驱动转动。
UWB基站包括安装在行李箱1上的标签A21、标签B22、标签C23和标签D24。标签A21、标签B22、标签C23和标签D24共平面，标签A21、标签B22、标签C23和标签D24中的任意三个不共直线。
主UWB标签3分别与标签A21、标签B22、标签C23和标签D24通信方式连接。
控制器4的信号输入端口分别与标签A21、标签B22、标签C23和标签D24通信方式连接，控制器4的信号输出端口分别与两个电机15通信方式连接。
优选，控制器4为stm32单片机，控制器4对电机15的控制方式为串级PID控制。
本实施例中，标签A21、标签B22、标签C23、标签D24和主UWB标签3均处在同一水平面上。并且，标签A21、标签B22、标签C23和标签D24依次连接形成正方形。
简述本实施例的工作原理：所述的智能行李箱可自动跟随用户移动，方法如下：
参数设定：
设主UWB标签3到标签A21的直线距离为LA，主UWB标签3到标签B22的直线距离为LB，主UWB标签3到标签C23的直线距离为LC，主UWB标签3到标签D24的直线距离为LD；主UWB标签3携带在用户身上；设LC-LD＝err，LA-LB＝dir，(LA+LB)/2＝gap；设正方向为标签B指向标签A；负方向为标签A指向标签B。
移动逻辑：
当err＞0、dir≥0、差速轮C的转速大于差速轮D的转速时，智能行李箱总体方向为负方向；
当err＜0、dir≥0、差速轮C的转速小于差速轮D的转速时，智能行李箱总体方向为负方向；
当err＞0、dir＜0、差速轮C的转速大于差速轮D的转速时，智能行李箱总体方向为正方向；
当err＞0、dir＜0、差速轮C的转速小于差速轮D的转速时，智能行李箱总体方向为正方向；
跟随机制：
设定行李箱与行人的最终保持距离为g，n为加成系数；
当gap＞n×g时，控制器控制电机动作，使行李箱向正方向满速行进；当g≤gap≤n×g时，控制器控制电机动作，使行李箱向正方向减速行进；当gap＜g时，控制器控制电机动作，使行李箱向反方向加速后退。
实施例2：
本实施例与实施例1相比，区别在于：标签A21、标签B22、标签C23及标签D24处在同一水平面上，标签A21、标签B22、标签C23和标签D24依次连接形成正方形。主UWB标签3位于所述水平面的上方，主UWB标签3与所述水平面的垂直距离为h。
简述本实施例的工作原理：所述的智能行李箱可自动跟随用户移动，方法如下：
参数设定：
设主UWB标签到标签A的直线距离为LA，主UWB标签到标签B的直线距离为LB，主UWB标签到标签C的直线距离为LC，主UWB标签到标签D的直线距离为LD；主UWB标签携带在用户身上；设LC-LD＝err，LA-LB＝dir，
Figure BDA0002986219830000081
设正方向为标签B指向标签A；负方向为标签A指向标签B；
移动逻辑：
当err＞0、dir≥0、差速轮C的转速大于差速轮D的转速时，智能行李箱总体方向为负方向；
当err＜0、dir≥0、差速轮C的转速小于差速轮D的转速时，智能行李箱总体方向为负方向；
当err＞0、dir＜0、差速轮C的转速大于差速轮D的转速时，智能行李箱总体方向为正方向；
当err＞0、dir＜0、差速轮C的转速小于差速轮D的转速时，智能行李箱总体方向为正方向；
跟随机制：
设定行李箱与行人的最终保持距离为g，n为加成系数；
当gap＞n×g时，控制器控制电机动作，使行李箱向正方向满速行进；当g≤gap≤n×g时，控制器控制电机动作，使行李箱向正方向减速行进；当gap＜g时，控制器控制电机动作，使行李箱向反方向加速后退。
实施例3：
本实施例与实施例1相比，区别在于：标签B、标签C及标签D处在同一水平面上，标签A在所述水平面上的垂直投影点与标签B、标签C及标签D依次连接形成正方形，标签A和主UWB标签均位于所述水平面的上方，标签A与所述水平面的垂直距离为m，主UWB标签与所述水平面的垂直距离为h。
简述本实施例的工作原理：所述的智能行李箱可自动跟随用户移动，方法如下：
参数设定：
设主UWB标签到标签A的直线距离为LA，主UWB标签到标签B的直线距离为LB，主UWB标签到标签C的直线距离为LC，主UWB标签到标签D的直线距离为LD；主UWB标签携带在用户身上；设LC-LD＝err，LA-LB＝dir，
Figure BDA0002986219830000101
设正方向为标签B指向标签A；负方向为标签A指向标签B。
移动逻辑：
当err＞0、dir≥0、差速轮C的转速大于差速轮D的转速时，智能行李箱总体方向为负方向；
当err＜0、dir≥0、差速轮C的转速小于差速轮D的转速时，智能行李箱总体方向为负方向；
当err＞0、dir＜0、差速轮C的转速大于差速轮D的转速时，智能行李箱总体方向为正方向；
当err＞0、dir＜0、差速轮C的转速小于差速轮D的转速时，智能行李箱总体方向为正方向。
跟随机制：
设定行李箱与行人的最终保持距离为g，n为加成系数；
当gap＞n×g时，控制器控制电机动作，使行李箱向正方向满速行进；当g≤gap≤n×g时，控制器控制电机动作，使行李箱向正方向减速行进；当gap＜g时，控制器控制电机动作，使行李箱向反方向加速后退。
本实施例中，设主UWB标签的坐标为(x，y，z)、标签A的坐标为(x2，y2，z2)，标签B的坐标为(x4，y4，z4)，标签C的坐标为(x3，y3，z3)，标签D的坐标为(x1，y1，z1)；
则有如下方程组：
Figure BDA0002986219830000111
Figure BDA0002986219830000112
Figure BDA0002986219830000113
Figure BDA0002986219830000114
(1)-(2)、(2)-(3)、(3)-(4)得到三个等式，联立解得：
Figure BDA0002986219830000115
本实施例中，在gap的计算式中引入参数m，对应在实际操作中，将标签A上抬m高度，使标签A相对于所述水平面的垂直距离为m。参数m的引入，可减小主UWB标签的高度波动(即h数值的波动变化)对LA和LB的测距准确性影响，提高了智能行李箱的跟随精度。

Claims (2)

1.一种行李箱自动跟随用户移动的方法，其特征是：应用于智能行李箱；所述智能行李箱包括行李箱、UWB基站、主UWB标签和控制器；行李箱下端设有呈矩形分布的万向轮A、万向轮B、差速轮C和差速轮D，万向轮A和万向轮B呈对角布置，差速轮C和差速轮D呈对角布置，差速轮C和差速轮D分别与安装在行李箱底部的电机连接，并分别被对应的电机驱动转动；UWB基站包括安装在行李箱上的标签A、标签B、标签C和标签D；标签A、标签B、标签C和标签D中的任意三个不共直线；主UWB标签分别与标签A、标签B、标签C和标签D通信方式连接；控制器的信号输入端口分别与标签A、标签B、标签C和标签D通信方式连接，控制器的信号输出端口分别与两个电机通信方式连接；
标签B、标签C及标签D处在同一水平面上，标签A在所述水平面上的垂直投影点与标签B、标签C及标签D依次连接形成正方形，标签A和主UWB标签均位于所述水平面的上方，标签A与所述水平面的垂直距离为m，主UWB标签与所述水平面的垂直距离为h；
方法如下：
参数设定：
设主UWB标签到标签A的直线距离为LA，主UWB标签到标签B的直线距离为LB，主UWB标签到标签C的直线距离为LC，主UWB标签到标签D的直线距离为LD；主UWB标签携带在用户身上；设LC-LD＝err，LA-LB＝dir，
Figure FDA0003738594330000011
设正方向为标签B指向标签A；负方向为标签A指向标签B；
移动逻辑：
当err＞0、dir≥0、差速轮C的转速大于差速轮D的转速时，智能行李箱总体方向为负方向；
当err＜0、dir≥0、差速轮C的转速小于差速轮D的转速时，智能行李箱总体方向为负方向；
当err＞0、dir＜0、差速轮C的转速大于差速轮D的转速时，智能行李箱总体方向为正方向；
当err＞0、dir＜0、差速轮C的转速小于差速轮D的转速时，智能行李箱总体方向为正方向；
跟随机制：
设定行李箱与行人的最终保持距离为g，n为加成系数；
当gap＞n×g时，控制器控制电机动作，使行李箱向正方向满速行进；当g≤gap≤n×g时，控制器控制电机动作，使行李箱向正方向减速行进；当gap＜g时，控制器控制电机动作，使行李箱向反方向加速后退。
2.如权利要求1所述的行李箱自动跟随用户移动的方法，其特征是：控制器对电机的控制方式为串级PID控制。
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