CN104997262A - 一种智能助力行李箱及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种智能助力行李箱，所述行李箱的拉杆与箱体的连接支点上设有球铰，拉杆的杆体与箱体之间设有弹簧平衡器，弹簧平衡器相对箱体固定设置，其复位端与拉杆的杆体弹性连接，其中，智能助力行李箱包括一智能助力控制系统，智能助力控制系统包括设置在拉杆上、用于采集拉杆的动向的动向采集模块，设置在箱体上、用于根据拉杆的动向控制行李箱运动方式的中心控制模块，以及与中心控制模块连接、用于驱动行李箱底轮运动的动力驱动模块，动力驱动模块与行李箱的底轮动力连接。本发明所述智能助力行李箱，增设了智能助力控制系统，对作用于拉杆上的力的大小和方向进行采集，对箱体底轮的转速进行实时调整，从而达到行李箱智能助力的目的。

Description

一种智能助力行李箱及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种人工智能技术，特别涉及一种智能助力行李箱及其控制方法。

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。在智能化的大军当中，智能助力的领域目前在国内尚属空白，而智能助力与人们的便利生活密不可分，在此情况下，智能助力行李箱应运而生。

智能助力行李箱集自动控制技术、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助力行李箱。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。然而，智能化领域与以往的领域不同，是一个新兴的学科，该学科融合了传统的自动化，电机理论与研究，电力电子专业等，而这种跨学科的人才却是少之又少。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助力。用户通过手动遥控10米范围内的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调节，不能实现行李箱完全智能助力。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种能够根据用户的引导自行判断运行的速度和方向的智能行李箱。

一种智能助力行李箱，所述行李箱的拉杆与箱体的连接支点上设有球铰，所述拉杆的杆体与箱体之间设有弹簧平衡器，所述弹簧平衡器相对箱体固定设置，其复位端与所述拉杆的杆体弹性连接，其中，所述智能助力行李箱包括一智能助力控制系统，所述智能助力控制系统包括设置在所述拉杆上、用于采集所述拉杆的动向的动向采集模块，设置在所述箱体上、用于根据拉杆的动向控制行李箱运动方式的中心控制模块，以及与中心控制模块连接、用于驱动所述行李箱底轮运动的动力驱动模块，所述动力驱动模块与所述行李箱的底轮动力连接。

一种智能助力行李箱的控制方法，包括以下步骤：

S1、采集拉杆相对初始垂直状态偏移方向，判断作用于拉杆的力的方向；

S2、采集拉杆相对初始垂直状态偏移角度的大小，判断作用于拉杆的力的大下；

S3、根据作用于拉杆的力的大小和方向，驱动箱体底轮启动助力；

S4、根据拉杆与箱体之间的倾角的大小，控制箱体底轮的转动速率。

本发明所述智能助力行李箱，通过设置球铰使所述拉杆能够相对所述箱体自由转动，提高了拉杆的灵活性，且由于所述拉杆的杆体与所述弹簧平衡器的复位端弹性连接，因此拉杆在不受外力的作用下能够自动回复到初始垂直状态，同时，增设了智能助力控制系统，通过动向采集模块对作用于拉杆上的力的大小和方向进行采集，中心控制模块根据采集的拉杆的状态向动力驱动模块发出控制指令，使动力驱动模块对箱体底轮的转速进行实时调整，从而达到行李箱智能助力的目的。

附图说明

图1是本发明所述的智能助力行李箱的结构示意图。

图2是本发明所述的智能助力控制系统的结构框图。

图3是本发明所述的智能助力行李箱的电路原理图。

图4是本发明所述的智能助力行李箱的控制方法流程图。

图5是图4中步骤S1的子流程图。

图6是图4中步骤S2的子流程图。

图7是图4中步骤S4的子流程图。

图8是本发明所述的智能助力行李箱的控制方法的步骤流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明，应当理解，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。

如图1所示，本发明实施例提供一种智能助力行李箱10，所述行李箱10的拉杆11与箱体12的连接支点上设有球铰13，所述拉杆11的杆体与箱体12之间设有弹簧平衡器14，所述弹簧平衡器14相对箱体12固定设置，其复位端与所述拉杆11的杆体弹性连接。

其中，由图2可知，所述智能助力行李箱10包括一智能助力控制系统20，所述智能助力控制系统20包括设置在所述拉杆11上、用于采集所述拉杆11的动向的动向采集模块21，设置在所述箱体12上、用于根据拉杆11的动向控制行李箱10运动方式的中心控制模块22，以及与中心控制模块22连接、用于驱动所述行李箱10底轮运动的动力驱动模块23，所述动力驱动模块23与所述行李箱10的底轮动力连接。

本发明所述智能助力行李箱10，通过设置球铰13使所述拉杆11能够相对所述箱体12自由转动，提高了拉杆11的灵活性，且由于所述拉杆11的杆体与所述弹簧平衡器14的复位端弹性连接，因此拉杆11在不受外力的作用下能够自动回复到初始垂直状态，同时，增设了智能助力控制系统20，通过动向采集模块21对作用于拉杆11上的力的大小和方向进行采集，中心控制模块22根据采集的拉杆11的状态向动力驱动模块23发出控制指令，使动力驱动模块23对箱体12底轮的转速进行实时调整，从而达到行李箱10智能助力的目的。

所述动力采集模块21包括用于采集拉杆11与箱体12之间的倾角方向和大小的六轴传感器211，所述六轴传感器211设置在所述球铰13上，用于采集球铰13的动向，并将采集的信号传递给所述中心控制模块22，所述球铰13的动向即为所述拉杆11的动向。具体的，所述六轴传感器211通过采集拉杆11相对其初始位置移动的方向，判断人作用与拉杆11的力的方向，当所述拉杆11相对初始垂直状态向前偏移一定角度，则判断行李箱10的运动方向为直线向前；当拉杆11相对初始垂直状态向左或向右偏移一定角度，则判断行李箱10需要进行转弯动作。

所述六轴传感器211通过采集拉杆11与箱体12之间的倾角θ大小，判断人作用与拉杆11的力的大小，如果拉杆11与箱体12之间的倾角θ角度小于30°，则控制箱体12底轮的转速为A1,如果拉杆11与箱体12之间的倾角θ角度大于30°但小于45°，则控制箱体12底轮的转速为A2,如果拉杆11与箱体12之间的倾角θ角度大于45°，则控制箱体12底轮的转速为A3，其中，A3>A2>A1。

当行李箱10在做上坡运动和下坡运动时，拉杆11与箱体12之间的倾角在重力的影响下亦会发生改变，为使所述智能助力行李箱10更加智能化，在所述箱体12的底部设置一陀螺仪212，所述陀螺仪212与所述中心控制模块22连接，用于测量行李箱10在上坡和下坡时拉杆11与箱体12之间的倾角，并将测量信息传送至中心控制模块22，通过中心控制模块22发出相应指令控制行李箱10的助力运动。

所述动力驱动模块23包括左轮驱动电机231、右轮驱动电机232，所述左轮驱动电机231、右轮驱动电机232分别通过联轴器与左、右底轮动力连接。所述中心控制模块22分别独立控制左轮驱动电机231、右轮驱动电机232的转速，由于左、右底轮的动力为独立控制，因此能够进行不能速率的转动，进而达到差速的目的，使行李箱10能够自动转向。当六轴传感器211采集到拉杆11相对初始垂直状态向左或向右偏移一定角度时，即表示行李箱10需要进行转弯动作时，所述中心控制模块22向所述动力驱动模块23发出左转或右转的控制命令，所述动力驱动模块23分别控制左轮驱动电机231、右轮驱动电机232的转速发生改变，使行李箱10向左或向右偏转。

所述中心控制模块22包括供电单元221、DC/DC降压单元222、A/D信号转换单元223和驱动信号处理单元224，所述DC/DC降压单元用于将供电单元的电源电压转化为各个模块单元的正常工作电压；A/D信号转换单元用于将采集的模拟信号转换为数字信号；所述驱动信号处理单元用于根据采集信号发出相应的驱动执行信号。

具体的，所述六轴传感器211将采集的信号传递给中心控制模块22，在所述中心控制模块22中，该采集信号首先经过A/D信号转换单元，从模拟信号转化为数字信号，再经过驱动信号处理单元，对该信号进行阈值比较分析，最后发出一驱动执行信号给动力驱动模块23。

所述智能助力行李箱10还包括一设置在所述箱体12底部的压力传感器15和一与供电单元连接的电量监控模块16；所述压力传感器用于检测箱体12承受的重量；所述电量监控模块用于监控供电单元的电量，所述箱体12表面设有一显示器，所述显示器分别于所述压力传感器和所述电量监控模块连接，将箱体12承受的重量和供电单元的剩余电量显示在所述显示器上，从而使人们能够知道箱体12的重量是否超过标准重量，以及及时更换电池。

图3为本发明所述智能助力行李箱10的控制原理图，其包括DC/DC降压电路、电机驱动电路、AD采样信号电路、位置信号处理电路和数字控制电路，其中，数字控制电路包括主控芯片28335。

具体的，锂电池的24V电压通过DC/DC开关电源变换降压到12V供电机驱动电路使用，并将12V降压到5V以供数字控制电路使用，将5V降压到3.3V供显示器使用，从而保证不同电压等级的电路的正常工作。

电机驱动电路将数字控制电路输出的驱动波形进行隔离和放大处理，具体的，电机驱动电路中采用专用的IR驱动芯片驱动开关管的导通与关断，从而来控制双电机输出端的电压大小。其中，电机驱动电路中采用6个H桥构成的逆变器，输出交流电压控制双电机运动。

电压采样单元和电流采样单元构成AD采样信号电路，用于对电池电压和电流、电机相电流，陀螺仪信号、压力传感器信号进行采样，并将模拟量转换为数字量，通过AD采样信号电路的外围处理电路将不同的模拟信号经过运算放大电路处理后，输入到主控芯片28335的AD采样接口，主控芯片28335对数字量进行分析处理。

位置信号处理电路通过霍尔位置传感器采集驱动电机的转子位置信号及转子转速，并由运算放大电路放大后接入到主控芯片28335的AD采样接口，经过主控芯片28335的分析处理，得到转子转速及不同时刻的转子位置信号。

本发明所述智能助力行李箱10采用拨码开关设置运行模式，在拨码开关设定的模式下，通过陀螺仪212和压力传感器进行采样，得到指令值。将电压和电流采样以及霍尔位置传感器得到的信号进行AD转换处理，得到数字反馈值。由主控芯片28335将指令值和数字反馈值进行运算后得到PWM驱动信号，并通过驱动电路控制开关管的导通与关断，从而控制双电机的输出转矩和转速，带动电动行李箱10运动。

一种智能助力行李箱的控制方法，如图4所示，包括以下步骤：

S1、采集拉杆11相对初始垂直状态偏移方向，判断作用于拉杆11的力的方向；

S2、采集拉杆11相对初始垂直状态偏移角度的大小，判断作用于拉杆11的力的大下；

S3、根据作用于拉杆11的力的大小和方向，驱动箱体12底轮启动助力；

S4、根据拉杆11与箱体12之间的倾角θ的大小，控制箱体12底轮的转动速率。

本发明所述智能助力行李箱10的控制方法，通过六轴传感器211采集拉杆11相对初始垂直状态偏移方向及偏移角度的大小，判断人作用与行李箱10拉杆11的力的方向和大小，通过中心控制模块22对采集信号的阈值比较分析，控制动力驱动模块23分别驱动左轮驱动电机231、右轮驱动电机232的转速，并根据采集信号进行实时变换。

其中，如图5所示，所述步骤S1包括以下子步骤：

S11、采集拉杆11相对初始垂直状态偏移方向；

S12、如果拉杆11相对初始垂直状态向前偏移，则判断行李箱10的运动方向为直线向前；

S13、如果拉杆11相对初始垂直状态向左或向右偏移，则判断行李箱10需要进行转弯动作。

具体的，当所述拉杆11相对初始垂直状态向左偏移，且向左偏移倾角θ₂大于阈值倾角α₂，左偏移倾角θ₂的持续时间T₂大于阈值时间t₂时，所述行李箱10的中心控制模块22向所述动力驱动模块23发出左转的控制命令，所述动力驱动模块23控制左轮驱动电机的转速降低，右轮驱动电机的转速提高，则右轮的转速a2大于左轮的转速a1，使行李箱10向左偏转。

当所述拉杆 11 相对初始垂直状态向右偏移时， 且向右偏移倾角θ₃ 大于阈值倾角α₃，且右偏移倾角θ₃的持续时间T₃大于阈值时间t₃时，所述行李箱10的中心控制模块22向所述动力驱动模块23发出右转的控制命令，所述动力驱动模块23控制右轮驱动电机的转速降低，左轮驱动电机的转速提高，则左轮的转速a1大于右轮的转速a2，使行李箱10向右偏转。

其中，如图6所示，所述步骤S2包括以下子步骤：

S21、预先设置阈值倾角α₁及阈值时间t₁；

S22、判断拉杆11与箱体12之间的倾角θ₁是否大于等于阈值倾角α₁；

S23、若拉杆11与箱体12之间的倾角θ₁大于阈值倾角α₁，且倾角θ₁的持续时间T₁大于阈值时间t₁，则中心控制模块22向所述动力驱动模块23发出控制指令，驱动箱体12底轮启动助力向前运动，反之，中心控制模块22则处于待机模式。

其中，如图7所示，所述步骤S4包括以下子步骤：

S41、如果拉杆11与箱体12之间的倾角θ₁角度小于30°，则控制箱体12底轮的转速为A1；

S42、如果拉杆11与箱体12之间的倾角θ₁角度大于30°但小于45°，则控制箱体12底轮的转速为A2，其中，A2>A1；

S43、如果拉杆11与箱体12之间的倾角θ₁角度大于45°，则控制箱体12底轮的转速为A3，其中，A3>A2>A1。

下面结合附图8对本发明实施例所述的智能助力行李箱的控制方法的工作流程进行说明，详细流程如下所示：

步骤1.1：对智能助力行李箱10的各个控制模块进行初始化；然后进入步骤1.2。

步骤1.2：采集拉杆11相对初始垂直状态偏移方向，如果拉杆11相对初始垂直状态向前偏移，则进入步骤1.3；如果拉杆11相对初始垂直状态向左偏移，则进入步骤1.8；如果拉杆11相对初始垂直状态向右偏移，则进入步骤1.11；

步骤1.3：判断拉杆11与箱体12之间的倾角θ₁是否大于等于阈值倾角α₁，若拉杆11与箱体12之间的倾角θ₁大于阈值倾角α₁，则进入步骤1.4。

步骤1.4：判断倾角θ₁的持续时间T₁大于阈值时间t₁；则中心控制模块22向所述动力驱动模块23发出控制指令，驱动箱体12底轮启动助力向前运动，则进入步骤1.5。

步骤1.5： 进一步判断拉杆11与箱体12之间的倾角θ₁的大小，如果倾角θ₁ 小于30°，则使控制箱体12底轮的转速为A1。

步骤1.6：如果拉杆11与箱体12之间的倾角θ₁逐渐变大，使倾角θ₁角度大于30°但小于45°，则使控制箱体12底轮的转速为A2，其中，A2>A1。

步骤1.7： 如果拉杆11与箱体12  之间的倾角θ₁逐渐变大， 使倾角θ₁角度大于45°，则使控制箱体12底轮的转速为A3，其中，A3>A2>A1。

步骤1.8：判断左偏移倾角θ₂是否大于阈值倾角α₂，如果是，则进入步骤1.9。

步骤1.9：判断左偏移倾角θ₂的持续时间T₂是否大于阈值时间t₂，如果是，则进入步骤1.10。

步骤1.10：右轮的转速a2大于左轮的转速a1，使行李箱10向左偏转；接着进入步骤1.14。

步骤1.11：判断右偏移倾角θ₃是否大于阈值倾角α₃，如果是，则进入步骤1.12。

步骤1.12：判断右偏移倾角θ₃的持续时间T₃是否大于阈值时间t₃，如果是，则进入步骤1.13。

步骤1.13：左轮的转速a1大于右轮的转速a2，使行李箱10向右偏转；接着进入步骤1.14。

步骤1.14：判断左偏移倾角θ₂和右偏移倾角θ₃的角度是否等于零，如果是；则返回步骤1.5，并继续按照向前运动的条件进行选择。

以上装置实施例与方法实施例是一一对应的，装置实施例简略之处，参见方法实施例即可。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能性一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应超过本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机储存器、内存、只读存储器、电可编程ROM、电可檫除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其他形式的存储介质中。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种智能助力行李箱，其特征在于，所述行李箱的拉杆与箱体的连接支点上设有球铰，所述拉杆的杆体与箱体之间设有弹簧平衡器，所述弹簧平衡器相对箱体固定设置，其复位端与所述拉杆的杆体弹性连接，其中，所述智能助力行李箱包括一智能助力控制系统，所述智能助力控制系统包括设置在所述拉杆上、用于采集所述拉杆的动向的动向采集模块，设置在所述箱体上、用于根据拉杆的动向控制行李箱运动方式的中心控制模块，以及与中心控制模块连接、用于驱动所述行李箱底轮运动的动力驱动模块，所述动力驱动模块与所述行李箱的底轮动力连接。

2.根据权利要求1所述的智能助力行李箱，其特征在于，所述动力采集模块包括用于采集拉杆与箱体之间的倾角大小和方向的六轴传感器，所述动力驱动模块包括左、右轮驱动电机。

3.根据权利要求2所述的智能助力行李箱，其特征在于，所述六轴传感器设置在所述球铰上，用于采集球铰的转动方向。

4.根据权利要求2所述的智能助力行李箱，其特征在于，所述左、右轮驱动电机分别通过联轴器与左、右底轮动力连接。

5.根据权利要求1所述的智能助力行李箱，其特征在于，所述中心控制模块包括供电单元、DC/DC降压单元、A/D信号转换单元和驱动信号处理单元，所述DC/DC降压单元用于将供电单元的电源电压转化为各个模块单元的正常工作电压；A/D信号转换单元用于将采集的模拟信号转换为数字信号；所述驱动信号处理单元用于根据采集信号发出相应的驱动执行信号。

6.根据权利要求5所述的智能助力行李箱，其特征在于，所述智能助力行李箱还包括一设置在所述箱体底部的压力传感器和一与供电单元连接的电量监控模块；所述压力传感器用于检测箱体承受的重量；所述电量监控模块用于监控供电单元的电量。

7.一种智能助力行李箱的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、采集拉杆相对初始垂直状态偏移方向，判断作用于拉杆的力的方向；

S2、采集拉杆相对初始垂直状态偏移角度的大小，判断作用于拉杆的力的大下；

S3、根据作用于拉杆的力的大小和方向，驱动箱体底轮启动助力；

S4、根据拉杆与箱体之间的倾角的大小，控制箱体底轮的转动速率。

8.根据权利要求7所述智能助力行李箱的控制方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下子步骤：

S11、采集拉杆相对初始垂直状态偏移方向；

S12、如果拉杆相对初始垂直状态向前偏移，则判断行李箱的运动方向为直线向前；

S13、如果拉杆相对初始垂直状态向左或向右偏移，则判断行李箱需要进行转弯动作。

9.根据权利要求7所述智能助力行李箱的控制方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下子步骤：

S21、预先设置阈值倾角及阈值时间；

S22、判断拉杆与箱体之间的倾角是否大于等于阈值倾角；

S23、若拉杆与箱体之间的倾角大于阈值倾角，且倾角持续的时间大于阈值时间，则中心控制模块向所述动力驱动模块发出控制指令，驱动箱体底轮启动助力，反之，中心控制模块则处于待机模式。

10.根据权利要求7所述智能助力行李箱的控制方法，其特征在于，所述步骤S4包括以下子步骤：

S41、如果拉杆与箱体之间的倾角角度小于30°，则控制箱体底轮的转速为A1；

S42、如果拉杆与箱体之间的倾角角度大于30°但小于45°，则控制箱体底轮的转速为A2，其中，A2>A1；

S43、如果拉杆与箱体之间的倾角角度大于45°，则控制箱体底轮的转速为A3，其中，A3>A2>A1。