CN110794835A - 一种目标跟随避障系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种目标跟随避障系统及方法，其包括车体、驱动机构、转向机构、控制系统和电源系统；所述控制系统包括主控芯片、蓝牙模块、电子罗盘模块、红外线探测模块和超声波探测模块；所述红外线探测模块包括第一红外线探测模块和第二红外线探测模块，所述第一红外线探测模块和第二红外线探测模块分别设置在所述车体的左右两侧，均包括至少三个等间距设置的红外线传感器；所述超声波探测模块设置在所述车体的前端；所述超声波探测模块探测所述车体与所述目标终端之间的距离信息。相对于现有技术，本发明公开的目标跟随避障系统实现高精度的智能跟随以及对多障碍物的紧急避让，减少工作者在机坪上取用工具的消耗时间，提高了工作效率。

Description

一种目标跟随避障系统及方法

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，具体涉及一种目标跟随避障系统及方法。

背景技术

在航线维修工作中，工作者需经常携带工具或航材转移工作场所，部分沉重工具是需工作者徒手搬运的，容易消耗体力、效率低下。并且在转移场所时存在遗失工具或航材风险。因此，亟需一种能够实现目标跟随及避障的系统，解放工作者来回搬运工具或航材的精力。

现有目标跟随避障系统，一种是需要提前铺设特定的路线轨迹以实现特定路径下的跟随，一种是利用简单的传感器，在相对密闭的空间内实现自动跟随。但是，在机场以及机坪等相对复杂的空间下，存在不规律的障碍物，且靠近飞行器，运用现有的目标跟随避障系统难以实现高精度的智能跟随以及对多障碍物的紧急避让。

发明内容

针对现有技术中的不足和缺陷，本发明提供了一种自动跟随工具车，以解决现有技术中需要提前设定路线轨迹以及难以在复杂环境下实现高精度智能跟随的问题。

本发明提供一种目标跟随避障系统，包括车体、驱动机构、转向机构、控制系统和电源系统；所述控制系统包括主控芯片、蓝牙模块、电子罗盘模块、红外线探测模块和超声波探测模块；所述主控芯片分别与所述驱动机构、转向机构、蓝牙模块、电子罗盘模块、红外线探测模块和超声波探测模块电连接；所述主控芯片、蓝牙模块和电子罗盘模块设置在所述车体内；所述红外线探测模块包括第一红外线探测模块和第二红外线探测模块，所述第一红外线探测模块和第二红外线探测模块分别设置在所述车体的左右两侧，所述第一红外线探测模块和第二红外线探测模块均包括至少三个等间距设置的红外线传感器；所述超声波探测模块设置在所述车体的前端；所述电源系统分别与所述控制系统、驱动机构和转向机构电连接；所述蓝牙模块接收目标终端的方位信息；所述电子罗盘模块测量所述车体的方位信息，所述主控芯片根据所述目标终端的方位信息和所述车体的方位信息控制所述转向机构，使所述车体的行走方向对准所述目标终端；所述第一红外线探测模块和第二红外探测模块分别探测左右两侧障碍物的位置信息并发送至所述主控芯片，所述主控芯片根据所述障碍物的位置信息控制所述转向机构，使所述车体避开所述障碍物；所述超声波探测模块探测所述车体与所述目标终端之间的距离信息，所述主控芯片根据所述距离信息控制所述驱动机构，调整所述车体的速度。

相对于现有技术，本发明公开的目标跟随避障系统，能够使搭载该系统的车体的运动方向始终对准目标终端，实现对目标终端的自动跟随，同时能够根据车体与目标终端之间距离调节行进速度，并且能够有效识别障碍物，对障碍物进行紧急避让。搭载该系统的车体在工作时，无需提前设计路线轨迹，在机场以及机坪等复杂环境下，可以实现高精度的智能跟随以及对多障碍物的紧急避让，减少了工作者在机坪上取用工具的消耗时间，提高了工作效率，降低工作场所变动带来的工作遗漏风险。

进一步地，所述超声波探测模块包括第一超声波探测模块和第二超声波探测模块，所述第一超声波探测模块和第二超声波探测模块均设置在所述车体的前端的中心位置。所述第一超声波探测模块探测所述车体与目标终端之间的第一距离信息并发送至所述主控芯片；所述第二超声波探测模块探测所述车体与目标终端之间的第二距离信息并发送至所述主控芯片；所述主控芯片计算所述第一距离信息和所述第二距离信息的差值，调整所述车体的速度或控制所述车体紧急制动。通过设置两个超声波模块不仅实现了车体与目标终端之间距离的实时探测，还能够实现自身故障的检测以及前方障碍物的探测。

进一步地，所述电源系统包括电池、第一稳压滤波电路和第二稳压滤波电路；所述电池通过第一稳压滤波电路与所述转向机构和所述驱动机构电连接；所述电池通过第二稳压滤波电路与所述控制系统电连接。通过第一稳压滤波电路和第二稳压滤波电路将工具车的电源分为两组，一组为车体的驱动机构和转向机构供电，一组为主控芯片供电。

进一步地，所述控制系统还包括遥控模块；所述遥控模块与所述主控芯片无线连接；所述遥控模块发射遥控信号至所述主控芯片，控制所述驱动机构和转向机构。车体基于遥控指令执行动作，从而满足在车体无法自动随行的条件下，对车体的操控。

进一步地，所述控制系统还包括PID调节器；所述PID调节器的一端与所述主控芯片电连接，所述PID调节器的另一端与所述转向机构电连接；所述主控芯片通过所述PID调节器控制所述转向机构。通过PID调节器连接主控芯片和车体的转向机构，可以保持信号的稳定，减少误差情况的发生。

进一步地，所述控制系统还包括液晶显示屏；所述液晶显示屏设置在所述车体上，所述液晶显示屏与所述主控芯片电连接。所述液晶显示屏能够直观显示控制系统的参数信息，若将工具箱内工具进行位置标识，还可以准确获取工具位置，方便取用工具，同时能够有效防止工具和航材的丢失。

本发明还提供一种目标跟随避障方法，包括以下步骤：所述蓝牙模块接收目标终端的方位信息并发送至所述主控芯片；所述电子罗盘模块测量所述车体的方位信息并发送至所述主控芯片，所述主控芯片根据所述目标终端的方位信息和所述车体的方位信息控制所述转向机构，使所述车体的运动方向对准所述目标终端；所述第一红外线探测模块和第二红外探测模块分别探测左右两侧障碍物的位置信息并发送至所述主控芯片，所述主控芯片根据所述障碍物的位置信息控制所述转向机构，使所述车体避开所述障碍物；所述超声波探测模块探测所述车体与所述目标终端之间的距离信息，所述主控芯片根据所述距离信息控制所述驱动机构，调整所述车体的速度。

相对于现有技术，本发明公开的目标跟随避障方法，通过获取在车体两侧等间距设置的至少三个红外线传感器探测的障碍物位置信息，实现了对障碍物与车体相对位置的精准检测，并通过计算转向角度实现对车体两侧障碍物的紧急避让。并且，该方法基于目标终端的方位信息和车体的方位信息，实现了对目标终端的自动跟随，同时能够根据车体与目标终端之间距离调节车体的行进速度，并能够有效识别前侧障碍物，对前侧障碍物进行紧急避让。通过该目标跟随避障方法，能够在机场以及机坪等复杂环境下，实现车体的高精度智能跟随以及对多障碍物的紧急避让，减少了工作者在机坪上取用工具的消耗时间，提高了工作效率，降低工作场所变动带来的工作遗漏风险。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

图1为本发明一个示例性实施例示出的目标跟随避障系统的逻辑连接图；

图2为本发明一个示例性实施例示出的目标跟随避障方法的流程示意图；

图3为本发明一个示例性实施例示出的目标跟随避障方法中S2的流程示意图；

图4为本发明一个示例性实施例示出的目标跟随避障方法中S3的流程示意图。

具体实施方式

里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本发明可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”/“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

请参阅图1，图1是本发明一个示例性实施例示出的目标跟随避障系统的逻辑连接图；在本示例性实施例中，提供一种目标跟随避障系统，其包括车体、驱动机构、转向机构、控制系统和电源系统。

所述控制系统包括主控芯片、蓝牙模块、电子罗盘模块、红外线探测模块和超声波探测模块。所述主控芯片分别与所述驱动机构、转向机构、蓝牙模块、电子罗盘模块、红外线探测模块和超声波探测模块电连接。

所述主控芯片、蓝牙模块和电子罗盘模块设置在所述车体内，蓝牙模块接收目标终端的方位信息，电子罗盘模块测量所述车体的方位信息，所述主控芯片根据目标终端的方位信息和车体的方位信息控制转向机构，使车体的行走方向对准目标终端。

所述红外线探测模块包括第一红外线探测模块和第二红外线探测模块，第一红外线探测模块和第二红外线探测模块分别设置在车体的左右两侧，均包括至少三个等间距设置的红外线传感器；第一红外线探测模块和红外探测模块分别探测左右两侧障碍物的位置信息并发送至主控芯片，若其中一组红外线探测模块探测到车体的一侧存在障碍物，则将该障碍物的位置信息发送至主控芯片，所述主控芯片根据该障碍物的位置信息计算转向机构的转向方向和转向角度，控制转向机构使车体避开障碍物。若在同一时间内，第一红外线探测模块和第二红外线探测模块均检测到障碍物，且主控芯片计算出的转向方向相反，则主控芯片发送双侧障碍物警告信号，控制驱动机构紧急制动，避免碰撞事故的发生。通过在车体的两侧设置等间距的红外线传感器，能够更好的计算出车体当前方向与障碍物之间的角度，从而更及时地进行运动方向的调整。在车体两侧等间距设置至少三个的红外线传感器的原因也是基于机坪上障碍物的不规则性，若单独设置几个红外线传感器对障碍物进行单独检测，其将仅能够单独判断当前红外线传感器的安装处的侧面是否存在障碍物，并根据当前红外线传感器的安装处与障碍物之间的距离进行整个车身的调整，在障碍物形状不规则的情况下这将极易造成碰撞事故，根本无法使整个车身均实现对障碍物的避让。

所述超声波探测模块设置在所述车体的前端，超声波探测模块探测车体与目标终端之间的距离信息，主控芯片根据距离信息控制驱动机构，调整车体的速度；电源系统分别与所述控制系统、驱动机构和转向机构电连接。

优选地，超声波探测模块包括第一超声波探测模块和第二超声波探测模块，第一超声波探测模块和第二超声波探测模块均设置在车体的前端的中心位置。第一超声波探测模块探测车体与目标终端之间的第一距离信息并发送至主控芯片，第二超声波探测模块探测车体与目标终端之间的第二距离信息并发送至主控芯片，主控芯片计算第一距离信息和第二距离信息的差值，调整车体的速度或控制车体紧急制动。若差值小于预设阈值，则主控芯片会根据第一超声波探测模块发送的距离确定目标终端的位置，调整车体的速度。若差值大于预设阈值，则主控芯片会发出故障信号，控制车驱动机构紧急制动，通过设置两个超声波探测模块不仅能够更精准的检测到目标终端的位置，而且能够检测超声波探测模块的故障，有效防止在超声波探测模块失灵的状态下，发生碰撞事故。此外，主控芯片通过获取每次所述超声波探测模块发送超声波信号和接收超声波反馈信号的时间间隔，判断所述时间间隔是否小于预设时长，当所述时间间隔不小于预设时长时，所述主控芯片发送前侧障碍物警告信号，控制驱动机构紧急制动。在机场机坪的室外环境下，任何飞行器或器械的碰撞都可能会造成重大的事故，因此，其对于避障系统提出了更高的要求，本实施例通过设置两个超声波模块不仅实现了车体与目标终端之间距离的实时探测，还能够实现自身故障的检测以及前方障碍物的探测。

具体地，在本示例性实施例中，所述主控芯片选用STM32F103以Cortex-M3为内核，最高工作主频为72MHz，内置告诉存储器，采用哈佛结构，2.0V～3.6V供电电压，具有丰富的外设，2通道12位D/A转换器，12通道DMA控制器，最多11个定时器，支持IIC、USART、SPI、CAN、USB等协议。所述蓝牙模块采用Max232作为电平转换芯片，与蓝牙串口连接，实现自动跟随工具车与目标移动终端的蓝牙通讯。所述电子罗盘模块是三轴数字罗盘HMC5883L，是一种表面贴装的高集成模块，并带有数字接口的弱磁传感器芯片。所述红外线探测模块和超声波探测模块的防水等级IP65，红外线探测模块的探测范围可根据用户需求进行设定，超声波的探测范围为300毫米-3米。

所述电源系统包括电池、第一稳压滤波电路和第二稳压滤波电路；所述电池通过第一稳压滤波电路与所述转向机构和所述驱动机构电连接；所述电池通过第二稳压滤波电路与所述控制系统电连接。通过第一稳压滤波电路和第二稳压滤波电路将工具车的电源分为两组，一组为车体的驱动机构和转向机构供电，一组为主控芯片供电。

具体地，在本实施例中，电源采用大功率锂电池，具有容量大、可反复多次充电等优点，其放电电流较大，能够满足驱动机构所需的电流。由于主控芯片的供电电压与驱动机构内的直流电机以及转向机构内的舵机的额定电压不一致，本实施例将电源分为两组，分别通过对应的稳压滤波电路为主控芯片和驱动机构、转向机构供电。

进一步度，该控制系统还可以包括遥控模块、PID调节器和液晶显示屏，遥控模块与所述主控芯片无线连接，遥控模块发射遥控信号至主控芯片，控制驱动机构和转向机构，车体基于遥控指令执行动作，从而满足在车体无法自动随行的条件下，对车体的操控。PID调节器的一端与主控芯片电连接，PID调节器的另一端与转向机构电连接，主控芯片通过PID调节器控制转向机构，通过PID调节器连接主控芯片和转向机构，可以保持信号的稳定，减少误差情况的发生。液晶显示屏设置在车体上，液晶显示屏与主控芯片电连接。液晶显示屏能够直观显示控制系统的参数信息。

请参阅图2，图2为本发明一个示例性实施例示出的目标跟随避障方法的流程示意图。本实施例目标跟随避障方法的执行主体为目标跟随避障系统，如图1所示的目标跟随避障方法可包括：

S1：所述蓝牙模块接收目标终端的方位信息并发送至主控芯片；所述电子罗盘模块测量所述车体的方位信息并发送至所述主控芯片，所述主控芯片根据所述目标终端的方位信息和所述车体的方位信息控制所述转向机构，使所述车体的运动方向对准所述目标终端。

工作者携带一目标终端，并启动搭载有目标跟随避障系统的车体运行。该目标终端可以为任何可安装内置app的移动终端，该移动终端可以为智能手表、智能耳机或智能手机等。在工作者启动车体运行后，目标跟随避障系统内的蓝牙模块开启，发出蓝牙信号。目标终端接收该蓝牙信号，建立与车体的连接，完成与车体的配对操作。目标终端内置APP程序自动调取内置电子罗盘程序，获取目标终端的方位信息，并发送至蓝牙模块。具体地，该电子罗盘程序即为数字罗盘程序，其是利用地磁场来定北极，虽然GPS在定位方面有着广泛应用，但是在机场机坪环境下，GPS信号会被屏蔽，因此采用电子罗盘程序获取方位信息将更为准确及时。

所述蓝牙模块接收目标终端的方位信息并发送至主控芯片。目标跟随避障系统内的电子罗盘模块测得车体的方位信息，并发送至主控芯片。主控芯片根据所述目标终端的方位信息和所述车体的方位信息，计算两者之间的角度差，从而控制车体的转向机构，使车体在行进过程中对准目标终端，即对准携带目标终端的工作者。

S2：所述第一红外线探测模块和第二红外探测模块分别探测左右两侧障碍物的位置信息并发送至所述主控芯片，所述主控芯片根据所述障碍物的位置信息控制所述转向机构，使所述车体避开所述障碍物。

目标跟随避障系统还包括第一红外线探测模块和第二红外线探测模块，所述第一红外线探测模块和第二红外线探测模块均包括至少三个等间距设置的红外线传感器，其能够分别探测车体在行进过程中，左右两侧的障碍物的位置信息。在工作者启动车体前，可人为设置红外线传感器的探测距离，该探测距离表示红外线传感器能够探测的最远距离，超出该探测距离的障碍物体无法被探测，在本实施例中，设置红外线传感器的探测距离均为1米。

所述第一红外线探测模块和第二红外线探测模块分别探测的左右两侧的障碍物的位置信息并发送至主控芯片，主控芯片确定障碍物的位置信息并控制车体的转向机构避开该障碍物。例如：若第一红外线探测模块包括三个等间距设置的红外线传感器，三个红外线传感器探测到其与某障碍物的之间的距离分别为x1，x2和x3，主控芯片可以根据x1，x2和x3确定车体在运动过程中与障碍物之间的动态距离，基于该动态距离的变化调整车体的转向机构避开此障碍物。

进一步地，为实现更为精准的避障操作，S2可以包括S21～S24，如图3所示，S21～S24具体如下：

S21:所述第一红外线探测模块和第二红外线探测模块实时判断在预设距离内是否存在障碍物。

所述第一红外线探测模块和第二红外线探测模块实时判断在预设距离内是否存在障碍物。其中，第一红外线探测模块和第二红外线探测模块中的红外线传感器均可以人为预先设置探测距离，即所述预设距离。所述预设距离表示红外线传感器能够探测到的最远距离。在本实施例中，设定预设距离为1米，即当障碍物与红外线传感器的距离不大于1米时，红外线传感器能够监测到障碍物。具体地，若第一红外线探测模块中的任一红外线传感器判断出在预设距离内存在障碍物，则表示车体一侧附近存在障碍物，若第二红外线探测模块中的任一红外线传感器判断出在预设距离内存在障碍物，则表示车体另一侧附近存在障碍物。

S22：若所述第一红外线探测模块确定在预设距离内存在障碍物，则采集所述第一红外线探测模块内所有红外线传感器与所述障碍物之间的距离；所述主控芯片根据所述第一红外线探测模块内所有红外线传感器与该障碍物之间的距离，计算所述车体的第一转向角度和第一转向方向，控制所述车体避开所述障碍物。

若所述第一红外线探测模块内任一红外线传感器确定在预设距离内存在障碍物，则采集所述第一红外线探测模块内所有红外线传感器与障碍物之间的距离。所述主控芯片根据所述第一红外线探测模块内所有红外线传感器与该障碍物之间的距离，计算所述车体的第一转向角度和第一转向方向，控制所述车体避开所述障碍物。例如，若第一红外线探测模块内包括3个等间距设置的红外线传感器，从车头至车尾依次为红外线传感器A、红外线传感器B和红外线传感器C。当红外线传感器A确定在1米的预设距离内存在障碍物，且其与障碍物的距离为0.9米后，红外线传感器B和红外线传感器C测得其与障碍物之间的距离分别为0.6米和0.3米，主控芯片获取线传感器A、B和C与障碍物之间的距离0.9米、0.6米和0.3米，基于上述距离计算出随着车体的运动，车体与障碍物之间的距离越来越近，从而能够推导出若继续维持当前方向运动，车尾处与障碍物发生碰撞。进而，主控芯片基于上述距离计算车体的第一转向角度和第一转向方向，进发送转向控制信号至转向机构，调整车体的运动方向，使车体尾部远离所述障碍物。若第一红外线探测模块内包括多个(大于3个)等间距的红外线传感器，例如，从车头到车尾包括5个等间距的红外线传感器，依次为红外线传感器A、红外线传感器B、红外线传感器C、红外线传感器D和红外线传感器E。主控芯片则可以先根据获取红外线传感器A、红外线传感器B以及红外线传感器C与障碍物之间的距离，计算所述车体的第一转向角度和第一转向方向，调整车体的运动方向，再根据红外线传感器B、红外线传感器C以及红外线传感器D与障碍物之间的距离，再次计算所述车体的第一转向角度和第一转向方向进一步调整车体的运动方向，最后根据红外线传感器C、红外线传感器D以及红外线传感器E与障碍物之间的距离，计算所述车体的第一转向角度和第一转向方向，再次调整车体的运动方向，从而保证准确把控车体与障碍物的距离，进一步有效防止碰撞事故的发生。

S23：若所述第二红外线探测模块确定在预设距离内存在障碍物，则采集所述第二红外线探测模块内所有红外线传感器与所述障碍物之间的距离；所述主控芯片根据所述第二红外线探测模块内所有红外线传感器与该障碍物之间的距离，控制所述车体的第二转向角度和第二转向方向，控制所述车体避开所述障碍物。

若所述第二红外线探测模块内任一红外线传感器确定在预设距离内存在障碍物，则采集所述第二红外线探测模块内所有红外线传感器与障碍物之间的距离。所述主控芯片根据所述第二红外线探测模块内所有红外线传感器与该障碍物之间的距离，计算所述车体的第二转向角度和第二转向方向，控制所述车体避开所述障碍物。具体地，其与S22中第一红外线探测模块的工作过程相同，在此不再赘述。第一红外线探测模块和第二红外线探测模块分别探测车里左右两侧的障碍物，分别防止车体两侧与障碍物的碰撞。

S24：若在同一时间内所述主控芯片确定所述第一转向方向和第二转向方向相反，所述主控芯片发送双侧障碍物警告信号，控制所述车体紧急制动。

第一红外线探测模块与第二红外线探测会同时工作，主控芯片会根据计算的第一转向方向和第二转向方法不断地调整车体的运动方向，在此情况下，则可能会出现在同一时间内，所述控住芯片确定第一转向方向和第二转向方向相反，若主控芯片仅根据某一转向方向，调整车体的运动方向，极易造成碰撞，因此需增加该应急机制。在该应急机制下，若在同一时间内所述主控芯片确定所述第一转向方向和第二转向方向相反，所述主控芯片发送双侧障碍物警告信号，控制所述车体紧急制动。

S3：所述超声波探测模块探测所述车体与所述目标终端之间的距离信息，所述主控芯片根据所述距离信息控制所述驱动机构，调整所述车体的速度。

超声波探测模块探测所述车体与所述目标终端之间的距离信息，所述主控芯片根据所述距离信息控制所述驱动机构，调整所述车体的速度。具体地，所述超声波探测模块包括设置在车体前端的超声波接收器和超声波发射器，同时工作者会随身佩戴集成的超声波发射器和接收器。车体前端的超声波发射器发出第一超声波信号，工作者佩戴的超声波接收器接收该第一超声波信号，并反馈第二超声波信号，车体前端的超声波接收器接收该第二超声波信号，计算发出第一超声波信号和接收第二超声波信号的时间差，探测所述车体与所述目标终端之间的距离信息。由于超声波信号是以扩散的形式发出的，超声波信号在空中会有一个类似于圆锥体的可探测范围，因此，在探测出所述车体与所述目标终端之间的距离信息后，主控芯片基于该距离信息，仅能获取携带目标终端的工作者的位置信息范围，其并不是准确的位置信息。当所述超声波探测模块内包括多个超声波探测子模块后，基于多个超声波探测子模块与目标终端之间的距离信息，能够获取携带目标终端的工作者的多个位置信息范围，所述多个位置信息范围重叠之处，即为工作者的位置信息，因而通过设置多个超声波探测子模块，能够更为准确地获取工作车的位置信息。

在执行目标跟随避障方法之前，可认为设置一跟随距离，当车体与目标终端之间的距离信息小于跟随距离时，主控芯片根据所述距离信息控制所述驱动机构，调整所述车体减速，从而保持与目标终端的距离。当车体与目标终端之间的距离信息大于跟随距离时，主控芯片主控芯片根据所述距离信息控制所述驱动机构，调整所述车体加速，从而防止目标丢失。

进一步地，为实现更为精准的跟随操作，S3可以包括S31～S33，如图4所示，S31～S33具体如下：

S31：所述第一超声波探测模块探测所述车体与目标终端之间的第一距离信息并发送至所述主控芯片；所述第二超声波探测模块探测所述车体与目标终端之间的第二距离信息并发送至所述主控芯片；所述主控芯片计算所述第一距离信息和所述第二距离信息的差值，并判断所述差值是否小于预设阈值。

所述超声波探测模块包括第一超声波探测模块和第二超声波探测模块，所述第一超声波探测模块和第二超声波探测模块均设置在所述车体的前端的中心位置。第一超声波探测模块探测所述车体与目标终端之间的第一距离信息并发送至主控芯片，第二超声波探测模块探测所述车体与目标终端之间的第二距离信息并发送至主控芯片，主控芯片计算所述第一距离信息和所述第二距离信息的差值，并判断所述差值是否小于预设阈值。

S32：若所述第一距离信息和所述第二距离信息的差值小于预设阈值，所述主控芯片根据所述第一距离信息控制所述驱动机构，使所述车体的速度。

若第一距离信息和第二距离信息的差值小于预设阈值，主控芯片根据所述第一距离信息控制所述驱动机构，使所述车体的速度。其中，该预设阈值为第一距离信息与第二距离信息之间的最大偏差值，当第一距离信息和第二距离信息的差值小于预设阈值，则表示此时第一超声波探测模块和第二超声波探测模块正常工作，无故障发生，主控芯片可根据第一距离信息控制驱动机构，使车体加速或减速，跟随携带目标终端的工作者。

S33：若所述第一距离信息和所述第二距离信息的差值不小于预设阈值，所述主控芯片发出故障信号，控制所述车体紧急制动。

若所述第一距离信息和所述第二距离信息的差值不小于预设阈值，则表示此时第一超声波探测模块和第二超声波探测模块至少有一个无法正常工作，存在故障，主控芯片可发出故障信号，控制所述车体紧急制动，避免意外事故的发生。

S4：所述主控芯片获取每次所述超声波探测模块发送超声波信号和接收超声波反馈信号的时间间隔，判断所述时间间隔是否大于预设时长。

主控芯片获取每次所述超声波探测模块发送超声波信号和接收超声波反馈信号的时间间隔，判断所述时间间隔是否大于预设时长。主控芯片根据超声波探测模块发送超声波信号和接收超声波反馈信号的时间间隔能够计算车体与目标终端之间的距离，当超声波探测模块发送超声波信号后，在预设时长内都无法接收该超声波的反馈信号时，表示在车体前端与目标终端之间存在障碍物阻挡了超声波信号的传递。

S5:当所述时间间隔大于预设时长时，所述主控芯片发送前侧障碍物警告信号，控制所述车体紧急制动。

当所述超声波探测模块发送超声波信号和接收超声波反馈信号的时间间隔大于预设时长时，所述主控芯片发送前侧障碍物警告信号，控制所述车体紧急制动，防止意外事故的发生。

相对于现有技术，本发明公开的目标跟随避障方法，通过获取在车体两侧等间距设置的至少三个红外线传感器探测的障碍物位置信息，实现了对障碍物与车体相对位置的精准检测，并通过计算转向角度实现对车体两侧障碍物的紧急避让，同时通过增加应急机制控制车体紧急制动，进一步防止碰撞发生，更适合机场机坪的复杂环境。并且，该方法基于目标终端的方位信息和车体的方位信息，实现了对目标终端的自动跟随，同时能够根据车体与目标终端之间距离调节车体的行进速度，并能够有效识别前侧障碍物，对前侧障碍物进行紧急避让。通过该目标跟随避障方法，能够在机场机坪的环境下，实现车体的高精度智能跟随以及对多障碍物的紧急避让，防止搭载有目标跟随避障系统的车体与飞行器等贵重物品发生碰撞，减少了工作者在机坪上取用工具的消耗时间，提高了工作效率，降低工作场所变动带来的工作遗漏风险。

本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。

Claims (10)

1.一种目标跟随避障系统，其特征在于，包括：车体、驱动机构、转向机构、控制系统和电源系统；

所述控制系统包括主控芯片、蓝牙模块、电子罗盘模块、红外线探测模块和超声波探测模块；所述主控芯片分别与所述驱动机构、转向机构、蓝牙模块、电子罗盘模块、红外线探测模块和超声波探测模块电连接；

所述主控芯片、蓝牙模块和电子罗盘模块设置在所述车体内；所述红外线探测模块包括第一红外线探测模块和第二红外线探测模块，所述第一红外线探测模块和第二红外线探测模块分别设置在所述车体的左右两侧，所述第一红外线探测模块和第二红外线探测模块均包括至少三个等间距设置的红外线传感器；所述超声波探测模块设置在所述车体的前端；所述电源系统分别与所述控制系统、驱动机构和转向机构电连接；

所述蓝牙模块接收目标终端的方位信息；所述电子罗盘模块测量所述车体的方位信息，所述主控芯片根据所述目标终端的方位信息和所述车体的方位信息控制所述转向机构，使所述车体的行走方向对准所述目标终端；

所述第一红外线探测模块和第二红外探测模块分别探测左右两侧障碍物的位置信息并发送至所述主控芯片，所述主控芯片根据所述障碍物的位置信息控制所述转向机构，使所述车体避开所述障碍物；

所述超声波探测模块探测所述车体与所述目标终端之间的距离信息，所述主控芯片根据所述距离信息控制所述驱动机构，调整所述车体的速度。

2.根据权利要求1所述的目标跟随避障系统，其特征在于：所述超声波探测模块包括第一超声波探测模块和第二超声波探测模块，所述第一超声波探测模块和第二超声波探测模块均设置在所述车体的前端的中心位置；所述第一超声波探测模块探测所述车体与目标终端之间的第一距离信息并发送至所述主控芯片；所述第二超声波探测模块探测所述车体与目标终端之间的第二距离信息并发送至所述主控芯片；所述主控芯片计算所述第一距离信息和所述第二距离信息的差值，调整所述车体的速度或控制所述车体紧急制动。

3.根据权利要求1所述的目标跟随避障系统，其特征在于：所述电源系统包括电池、第一稳压滤波电路和第二稳压滤波电路；所述电池通过第一稳压滤波电路与所述转向机构和所述驱动机构电连接；所述电池通过第二稳压滤波电路与所述控制系统电连接。

4.根据权利要求1所述的目标跟随避障系统，其特征在于：所述控制系统还包括遥控模块；所述遥控模块与所述主控芯片无线连接；所述遥控模块发射遥控信号至所述主控芯片，控制所述驱动机构和转向机构。

5.根据权利要求1所述的目标跟随避障系统，其特征在于：所述控制系统还包括PID调节器；所述PID调节器的一端与所述主控芯片电连接，所述PID调节器的另一端与所述转向机构电连接；所述主控芯片通过所述PID调节器控制所述转向机构。

6.根据权利要求1所述的目标跟随避障系统，其特征在于：所述控制系统还包括液晶显示屏；所述液晶显示屏设置在所述车体上，所述液晶显示屏与所述主控芯片电连接。

7.一种目标跟随避障方法，采用权利要求1至6任一项所述的目标跟随避障系统，其特征在于，包括以下步骤：

所述蓝牙模块接收目标终端的方位信息并发送至所述主控芯片；所述电子罗盘模块测量所述车体的方位信息并发送至所述主控芯片，所述主控芯片根据所述目标终端的方位信息和所述车体的方位信息控制所述转向机构，使所述车体的运动方向对准所述目标终端；

所述第一红外线探测模块和第二红外探测模块分别探测左右两侧障碍物的位置信息并发送至所述主控芯片，所述主控芯片根据所述障碍物的位置信息控制所述转向机构，使所述车体避开所述障碍物；

所述超声波探测模块探测所述车体与所述目标终端之间的距离信息，所述主控芯片根据所述距离信息控制所述驱动机构，调整所述车体的速度。

8.根据权利要求7所述的目标跟随避障方法，其特征在于，所述超声波探测模块包括第一超声波探测模块和第二超声波探测模块，所述超声波探测模块探测所述车体与所述目标终端之间的距离信息，所述主控芯片根据所述距离信息控制所述驱动机构，使所述车体加速或减速之前，还包括以下步骤：

所述第一超声波探测模块探测所述车体与目标终端之间的第一距离信息并发送至所述主控芯片；所述第二超声波探测模块探测所述车体与目标终端之间的第二距离信息并发送至所述主控芯片；所述主控芯片计算所述第一距离信息和所述第二距离信息的差值，并判断所述差值是否小于预设阈值；

若所述第一距离信息和所述第二距离信息的差值小于预设阈值，所述主控芯片根据所述第一距离信息控制所述驱动机构，调整所述车体的速度；

若所述第一距离信息和所述第二距离信息的差值不小于预设阈值，所述主控芯片发出故障信号，控制所述车体紧急制动。

9.根据权利要求7或8所述的目标跟随避障方法，其特征在于，还包括以下步骤：

所述主控芯片获取每次所述超声波探测模块发送超声波信号和接收超声波反馈信号的时间间隔，判断所述时间间隔是否大于预设时长；

当所述时间间隔大于预设时长时，所述主控芯片发送前侧障碍物警告信号，控制所述车体紧急制动。

10.根据权利要求7或8所述的目标跟随避障方法，所述第一红外线探测模块和第二红外探测模块分别探测左右两侧障碍物的位置信息并发送至所述主控芯片，所述主控芯片根据所述障碍物的位置信息控制所述车体的运动方向避开所述障碍物，其特征在于，包括以下步骤：

所述第一红外线探测模块和第二红外线探测模块实时判断在预设距离内是否存在障碍物；

若所述第一红外线探测模块确定在预设距离内存在障碍物，则采集所述第一红外线探测模块内所有红外线传感器与所述障碍物之间的距离；所述主控芯片根据所述第一红外线探测模块内所有红外线传感器与该障碍物之间的距离，计算所述车体的第一转向角度和第一转向方向，控制所述车体避开所述障碍物；

若所述第二红外线探测模块确定在预设距离内存在障碍物，则采集所述第二红外线探测模块内所有红外线传感器与所述障碍物之间的距离；所述主控芯片根据所述第二红外线探测模块内所有红外线传感器与该障碍物之间的距离，控制所述车体的第二转向角度和第二转向方向，控制所述车体避开所述障碍物；

若在同一时间内所述主控芯片确定所述第一转向方向和第二转向方向相反，所述主控芯片发送双侧障碍物警告信号，控制所述车体紧急制动。

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