CN108572649B - 基于uwb标签的共享智能跟随及搬运系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于UWB标签的共享智能跟随及搬运系统及方法。该系统包括数据库服务器子系统、移动端连接子系统、智能控制跟随子系统、目标识别定位子系统；上述四个子系统之间采用有线或无线方式组成通信网络。本发明的系统能够帮助人们减轻出行时携带重物的负担，准确定位目标并实现自动跟随载物行走，通过物联网技术实现共享，数据后台可以对共享智能跟随及搬运系统实时监控，便于统一的调度和管理，相较于只能用于私人使用的COWA ROBOT智能拉杆箱，本系统可以实现即用即取，且价格低廉易于推广，低碳环保使用便捷，具有较强的推广应用价值和广阔的市场前景。

Description

基于UWB标签的共享智能跟随及搬运系统及方法

技术领域

本发明属于物联网技术领域，具体为基于UWB标签的共享智能跟随及搬运系统及方法。

背景技术

随着现代经济的发展以及智慧生活的到来，生活节奏越来越快，人们追求更加便捷和高效的出行。在超市，机场，大型的火车站以及一些体育场馆，携带较多物品使得人们购物、出行都十分不便和疲惫。在商场里，无论是沉重的购物袋抑或是需要消耗体力的购物车，都使得购物过程费时费力，且购物车的及时调度也需要更多的人力。在机场里面人们携带的较大背包，过重的手提包也使得出行效率低下。对于正值学龄的同学们，携带过重的书包也不利于身体健康。携带较多的物品，对于一些老人和儿童来说容易造成身体损害。

目前国内市场上具有高精度跟随性的载物装置即COWA ROBOT智能拉杆箱。它虽然可以实现让行李箱变得能自主移动并能跟随自己的主人，同时还能够聪明地避开周围的障碍物，但是价格昂贵无法惠及大众，且因为其使用限制在行李箱这一特定功能所以使用场景较为单一，除此之外，仅限于私人使用，无法做到即用即取，不具有可在大型区域共享使用的特点，不够环保低碳便捷。此外，国内具有跟随性的产品，还有轨机械跟随、用于工厂的各类生产机车的一部分或是用于比赛的有轨跟随拍摄车等，并没有实际针对餐厅、机场、车站、超市等大型公共场合或家庭个人的智能跟随产品。

因此，为了解决人们出行时需要携带大件行李，及超市大量购物时带来的不便等问题，满足人们对智能生活以及智能设备的需求与解放双手的愿望，急需设计出智能化可共享的跟随产品。

发明内容

本发明公开了一种基于UWB标签的共享智能跟随及搬运系统及方法。该系统能够帮助人们减轻出行时携带重物的负担，准确定位目标并实现自动跟随载物行走，通过物联网技术实现共享，数据后台可以通过访问总数据库服务器对共享智能跟随及搬运系统进行实时监控，便于统一的调度和管理。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

基于UWB标签的共享智能跟随及搬运系统，包括数据库服务器子系统、移动端连接子系统、智能控制跟随子系统、目标识别定位子系统；上述四个子系统之间采用有线或无线方式组成通信网络。

其中，数据库服务子系统，用于智能跟随子系统的位置信息的传输与存储；

移动端连接子系统，用于账户登录验证以及与智能跟随子系统建立连接；

智能控制跟随子系统，用于对移动目标进行跟踪；

目标识别定位子系统，用于收集定位移动点或移动人员的位置信息，并将上述信息传输至智能控制跟随子系统。

进一步地，所述数据库服务器子系统包括总数据库服务器和子数据库服务器。子数据库服务器位于智能跟随子系统上，负责与智能手机建立连接并将智能跟随子系统的位置信息上传至总数据库服务器。总数据库服务器搭建在云服务器上，作为数据中心，用来存储各个智能跟随子系统服务器的地理位置信息及服务器IP地址。

进一步地，所述移动端连接子系统为一种APP应用，用于账户登录验证以及与智能跟随子系统建立连接。连接到总数据库服务器后，通过输入智能跟随搬运装置编号，获取当前智能跟随子系统搭载的服务器IP地址，在用户确认更改连接后断开与总数据库服务器的TCP连接并与智能跟随子系统搭载的服务器建立新的TCP连接。待结束使用后，获取智能手机的GPS位置信息传送至智能跟随子系统搭载的服务器后断开TCP连接。

进一步地，所述目标识别定位子系统安装在智能跟随搬运装置上，由三个UWB基站和一个UWB信标组成。三个UWB基站成正三角形分布，利用已知的基站位置和UWB信标，定位移动点或移动人员的位置信息，并加以收集、统计，并将定位信息传至智能控制跟随子系统进而实现实时定位。

进一步地，所述智能控制跟随子系统即智能跟随装置。所述的智能跟随装置包括电机驱动模块和电源管理模块，该装置通过检测TCP连接是否建立决定其是否启动对移动目标的检测跟踪。不工作状态下处于低功耗休眠模式，若检测到TCP已经建立连接，产生一个复位中断进入活动模式，根据经算法处理后得到的实时定位信息开始对移动目标进行跟踪。

本发明还公开了一种基于UWB标签的共享智能跟随及搬运方法，具体包括以下步骤：

步骤1、建立移动端连接子系统，所述移动端连接子系统与总数据库服务器子系统中的总数据库服务器建立TCP连接，输入当前智能跟随子系统的编号，从总数据库服务器子系统中获取当前智能跟随子系统搭载的服务器IP地址；

步骤2、移动端连接子系统断开与总数据库服务器的TCP连接，建立移动端连接子系统与智能跟随子系统搭载的服务器的TCP连接；

步骤3、移动人员携带UWB信标装置，目标识别定位子系统安装在智能跟随搬运装置上实现定位，同时检测UWB信标与三个UWB基站的距离，根据三边定位算法确定移动人员的位置，将测得的移动人员位置信息传至智能跟随子系统主控芯片，智能控制跟随装置根据经算法处理后得到的实时定位信息开始对移动目标进行跟踪；

步骤4、智能跟随搬运结束后，移动端连接子系统获取当前的GPS定位，传至智能跟随子系统搭载的子数据库服务器；然后移动端连接子系统与智能跟随子系统搭载的服务器断开TCP连接，智能跟随子系统进入低功耗休眠模式。本发明与背景技术相比，具有的有益的效果是：

本发明设计的系统可以高效灵敏的实现对移动目标的准确跟随，较好的解决了人们携带较重物品出行不便的问题，极大地减轻了人们的出行负担，解放了人们的双手，提高了人们的出行效率。

系统整体设计方案的优点：

1.本系统可以实时的精准定位移动目标，并实现载物跟随，提高了人们的出行效率，使人们的生活更加便捷。

2.本系统利用物联网技术实现了共享使用，节能环保，具有较高的经济和社会效益。

3.可以通过服务器获取智能跟随子系统的位置，便于智能跟随子系统提供商进行统一的调度和管理，极大的节省了维护管理费用，减少了人力的浪费。

附图说明

图1本发明的模块组成图；

图2获取连接信息的过程示意图；

图3重建TCP连接及检测过程示意图；

图4目标识别定位子系统定位过程图；

图5移动目标定位参考坐标系示意图；

图6使用完毕APP上传位置信息示意图；

图7具体实施方式中实施例1使用基于UWB标签的共享智能跟随及搬运系统的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明

如图1所示，基于UWB标签的共享智能跟随及搬运系统，包括数据库服务器子系统、移动端连接子系统、智能控制跟随子系统、目标识别定位子系统；该四个子系统之间采用有线或无线方式组成通信网络。

所述数据库服务器子系统包括总数据库服务器和子数据库服务器。子数据库服务器位于智能跟随子系统上，负责与智能手机建立连接并将智能跟随子系统的位置信息上传至总数据库服务器。总数据库服务器搭建在云服务器上，作为数据中心，用来存储各个服务器系统的位置信息，与编号相对应的服务器IP地址。

所述移动端连接子系统为“智慧减负”APP应用，用于账户登录验证及与智能跟随子系统建立连接。连接到总数据库服务器后，通过输入智能跟随搬运装置编号，获取当前智能跟随子系统搭载的服务器IP地址，自动与其建立新的TCP连接。待结束使用后，获取智能手机的GPS位置信息传送至智能跟随子系统搭载的服务器后断开TCP连接。

所述目标识别定位子系统安装在智能跟随搬运装置上。三个UWB基站成正三角形分布，利用已知的基站位置和UWB信标，定位移动点(移动人员)的位置，并加以收集、统计，进而实现实时定位，并将定位信息传至智能控制跟随子系统。

智能控制跟随子系统即智能跟随装置。该装置通过检测TCP连接是否建立决定是否其启动对移动目标的检测跟踪。若检测到TCP已经建立连接，则根据获取到的实时定位信息开始对移动目标进行跟踪。

所述数据库服务器子系统总数据库服务器搭载在阿里云平台上，智能跟随装置搭载的子系统服务器为W5500模块，所述的UWB信标及基站采用DW1000芯片，智能跟随装置采用的主控芯片为CC2650。电机驱动电路采用直流无刷电机驱动板FGHGF。

基于UWB标签的共享智能跟随及搬运系统及方法，具体包括以下步骤：

步骤1、获取连接信息；

步骤2、重建及检测连接；

步骤3、智能跟踪；

步骤4、使用完毕上传位置信息。

如图2所示，步骤1所述的获取连接信息具体如下：

1.建立移动端连接子系统：

1.1智能手机下载安装“智慧减负”APP应用；

1.2在“智慧减负”APP应用上注册账户并绑定手机号码。

(非首次使用可跳过步骤1.1和1.2)。

2.从数据库服务器子系统中获取数据：

2.1通过“智慧减负”APP应用与总数据库服务器建立TCP连接，输入当前智能跟随装置编号，并确认；

2.2“智慧减负”APP应用从总数据库服务器中获取与输入编号对应的智能跟随装置所搭载的子服务器的IP地址。

如图3所示，步骤2所述的重建及检测连接具体如下：

1.“智慧减负”APP应用询问是否更改连接，确认；

2.中断智能手机与总数据库服务器的TCP连接，连接到智能跟随装置搭载的TCP服务器；

3.智能跟随装置检测是否已经成功建立TCP连接，若成功，向APP应用返回成功状态信息并开始跟踪模式。否则返回错误状态信息并询问是否重新连接。

如图4所示，步骤3所述的智能跟踪具体如下：

1.移动人员携带UWB信标装置；

2.目标识别定位子系统实现定位：

2.1同时检测UWB信标与三个UWB基站的距离，根据三边定位算法确定移动人员的位置；

2.2将测得的移动人员位置信息传至智能跟随装置主控芯片。

3.智能控制跟随子系统进行跟踪：

以小车为原点建立虚拟二维坐标系0xy，如图5.x坐标表示移动人员相对于智能跟随装置的正前方偏移的位置。在x方向上使用PID算法将x的值稳定于0，可以保证智能跟随装置能够实时的跟随移动人员转向。在此基础上，y值近似认为是移动人员距离虚拟坐标Oxy原点的距离，在y方向使用PID算法可以保证智能跟随装置以固定的距离实时跟随移动人员。

如图6所示，步骤4所述使用完毕上传位置信息具体如下：

1.APP确认“使用完毕”，智能跟随装置进入低功耗模式；

2.APP通过智能手机获取当前GPS定位，传至智能跟随装置搭载的子服务器；

3.APP断开与智能跟随装置搭载的子服务器的TCP连接，使用完毕。

实施例1

结合图7，以用户张三使用基于UWB标签的共享智能跟随及搬运系统为例，详细说明本发明的实施范例。

步骤1)张三下载并安装“智慧减负”APP应用，并在“智慧减负”APP应用上注册账号、绑定手机；

步骤2)将“智慧减负”APP应用连接到总数据库服务器，输入要使用的智能跟随装置的编号0123，点击确认；

步骤3)“智慧减负”APP应用自动从总数据库服务器获取编号为0123对应的子服务器IP地址，弹出提示“是否建立连接”；

步骤4)张三点击“确认”，“智慧减负”APP应用自动断开与总数据库服务器的TCP连接，建立与智能跟随装置0123子服务器的TCP连接；

步骤6)智能跟随装置检测到TCP连接已经成功建立，开始启动跟踪模式；

步骤7)张三携带UWB信标装置，开始行走。将三个UWB基站与UWB信标的距离信息发送至智能跟随装置主控芯片；

步骤8)智能跟随装置主控芯片根据获取到的位置信息利用三边定位算法确定移动人员与智能跟随装置的相对位置，利用PID算法实时调整舵机角度与电机速度，实现对移动人员实时精确灵敏的跟踪；

步骤9)张三使用完毕，点击APP上“结束使用”，智能控制跟随子系统进入低功耗的休眠模式，APP获取当前智能手机GPS位置信息传至智能跟随装置子服务器后自动断开与智能跟随装置的TCP连接；

步骤10)总数据库服务器可以从各个智能跟随装置子服务器中获取其GPS位置，定位各个智能跟随装置，便于进行统一的调度和管理。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上实施例仅是用来说明本发明，而并非作为对本发明的限定，只要在本发明的范围内，对以上实施例的变化、变形都将落在本发明的保护范围。

Claims (1)

1.基于UWB标签的共享智能跟随及搬运方法，其特征在于，所述方法基于UWB标签的共享智能跟随及搬运系统，包括数据库服务器子系统、 移动端连接子系统、智能控制跟随子系统和目标识别定位子系统；上述四个子系统之间采用有线或无线方式组成通信网络；

具体包括以下步骤：

步骤1、建立移动端连接子系统，所述移动端连接子系统与数据库服务器子系统中的总数据库服务器建立TCP连接，输入当前智能控制跟随子系统编号，从数据库服务器子系统中获取当前智能控制跟随子系统搭载的服务器IP地址；其中移动端连接子系统为智慧减负APP；

步骤2、移动端连接子系统断开与总数据库服务器的TCP连接，建立移动端连接子系统与智能控制跟随子系统搭载的TCP服务器的连接；

具体为：APP应用询问是否更改连接，若接收到的信息为确认；则中断智能手机与总数据库服务器的TCP连接，连接到智能跟随装置搭载的TCP服务器；智能跟随子系统检测是否已经成功建立TCP连接，若成功，向APP应用返回成功状 态信息并开始跟踪模式；否则返回错误状态信息并询问是否重新连接；

步骤3、移动人员携带UWB信标装置，目标识别定位子系统安装在智能控制跟随子系统上实现定位，同时检测UWB信标与三个UWB基站的距离，根据三边定位算法确定移动人员的位置，将测得的移动人员位置信息传至智能控制跟随子系统主控芯片，智能控制跟随子系统根据经算法处理后得到的实时定位信息开始对移动目标进行跟踪；其中所述目标识别定位子系统由成正三角形分布的三个UWB基站组成；

步骤4、智能跟随搬运结束后，移动端连接子系统获取当前的GPS定位，传至智能控制跟随子系统搭载的子数据库服务器，子数据库服务器将智能跟随子系统的位置信息上传至总数据库服务器；然后移动端连接子系统与智能控制跟随子系统搭载的服务器断开TCP连接，智能跟随装置进入低功耗休眠模式；所述总数据服务器作为数据中心，用来存储各个服务器系统的位置信息，与编号相对应的服务器IP地址。

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