CN111399407A - 一种智能行李箱的控制系统及控制方法 - Google Patents

一种智能行李箱的控制系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种智能行李箱的控制系统及控制方法,控制系统包括信息收集单元,所述信息收集单元包括各种传感器,控制单元,所述控制单元接收所述信息收集单元收集的信息,并对执行单元发送执行命令,所述控制单元为控制器;执行单元,所述执行单元与所述控制单元相连,执行所述控制单元的控制信息,所述执行单元包括左驱动轮电机、右驱动轮电机、拉杆电动推杆、容积电动推杆和驱动轮收缩电动推杆,利用控制单元控制执行单元,实现智能行李箱的多方位操控,且可以实现容积自动增大、拉杆自动感应、驱动轮自动收缩。

Description

一种智能行李箱的控制系统及控制方法
技术领域
本发明涉及行李箱技术领域,尤其涉及一种能够控制智能行李箱的控制系统及控制方法。
背景技术
随着人民生活水平的显著提高,人们的活动范围也随之变广,探亲、出差、旅游等活动逐渐增多,行李箱的应用也越来越频繁。传统的行李箱在搬运时无非用拖、拉、背、扛等,旅客经常会因为行李箱的繁重而把自己弄得疲惫不堪。目前市面上行李箱大致可分为两种:适合一般居家、外出长时间使用的大型行李箱,以及强调轻适合经常外出的轻便型商务行李箱。
现在行李箱的设计虽然已经可以说是种类繁多,但是随着生活方式的改变,消费者对行李箱的需求也呈现出多样化的倾向,过去比较单一的使用方式已经不能满足现在人们生活方式的多样性需求,因此,为了缓解旅客在拖拉行李箱时而造成的疲劳,市场上已经出现了智能行李箱,尤其是跟随式智能行李箱已经形成系列产品,但是目前市场的产品仍然存在以下缺点:1、行李箱在运动的过程中,有时需要人体处于后方驱动,有时需要人体处于前方驱动,有时需要人体处于侧方驱动,而目前的跟随式行李箱无法根据人体位置进行判断,并进行驱动;2、由于目前的跟随式行李箱的驱动轮不可升降,在楼梯、电梯等紧急场合,无法实现自动跟随和手动推动之间自由切换;3、当行李箱远程停靠或驻停时,由于没有安装远程遥控器,无法实现远程控制功能;4、行李箱的内部空间较小,不能根据旅客所载物品的多少进行实时改变行李箱的内部容积。
发明内容
本发明提供的一种智能行李箱的控制系统及控制方法,解决了目前市场上存在的智能行李箱内部空间较小,不能根据使用者所载物品的多少实时改变行李箱的内部容的问题,使得行李箱的内部容积可根据使用者所载物品的多少实时改变,能够实现多方位自动感应且能实现远程控制。
为达到上述目的,本发明的技术方案具体是这样实现的:
本发明一方面提供一种智能行李箱的控制系统,包括:
信息收集单元,所述信息收集单元包括:
人体红外传感器,所述人体红外传感器设置于智能行李箱的四个侧面;用以实时检测操作者的方位、前进和转弯信号;
左驱动轮转速传感器,所述左驱动轮转速传感器设置于智能行李箱的左驱动轮上,用以实时检测左驱动轮的状态;
右驱动轮转速传感器,所述右驱动轮转速传感器设置于智能行李箱的右驱动轮上,用以实时检测右驱动轮的状态;
拉杆电动推杆位移传感器,所述拉杆电动推杆位移传感器设置于拉杆电动推杆上,用以实时检测拉杆电动推杆的位移;
容积电动推杆位移传感器,所述容积电动推杆位移传感器设置于容积电动推杆上,用以实时检测容积电动推杆的位移;
驱动轮收缩电动推杆位移传感器,所述驱动轮收缩电动推杆位移传感器设置于驱动轮收缩电动推杆上,用以实时检测驱动轮收缩电动推杆的位移;
控制单元,所述控制单元接收所述信息收集单元收集的信息,并对执行单元发送执行命令,所述控制单元为控制器;
执行单元,所述执行单元与所述控制单元相连,执行所述控制单元的控制信息,所述执行单元包括左驱动轮电机、右驱动轮电机、拉杆电动推杆、容积电动推杆和驱动轮收缩电动推杆。
进一步地,智能行李箱的控制系统还包括:
报警单元,所述报警单元与所述控制单元的输出端相连,用以发生异常情况时发出警报提示;
遥控/显示单元,所述显示单元为手机或者移动电脑或者计算机用以进行对智能行李箱进行远程操作。
本发明的另一方面还提供一种智能行李箱控制系统的控制方法,包括以下步骤:
步骤1:初始化,将智能行李箱的控制单元初始化;
步骤2:参数设定,通过遥控单元和显示单元设定智能行李箱的前进速度、转弯速度、拉杆电动推杆弹出到位状态和复位状态位移参数、容积电动推杆容积增大到位状态和复位状态位移参数、驱动轮收缩电动推杆到位状态和复位状态位移参数、人体红外传感器标定参数、专家PID的控制参数、电机驱动参数和电动推杆驱动参数;
步骤3:数据采集:控制单元通过人体红外传感器采集操作者的方位、前进、转弯和障碍物等信息,通过左驱动轮转速传感器、右驱动轮转速传感器采集左驱动轮转速和右驱动轮转速信息,通过拉杆电动推杆位移传感器、容积电动推杆位移传感器和驱动轮收缩电动推杆位移传感器采集拉杆电动推杆位移、容积电动推杆位移和驱动轮收缩电动推杆位移信息,通过遥控单元和显示单元采集遥控和自动模式信息;
步骤4:方位感应驱动判断,控制单元通过人体红外传感器检测到的信息,判断当前操作者处于何种方位,如若为前方位感应驱动,则进入步骤6;如若为后方位感应驱动、左方位感应驱动和右方位感应驱动,则进入步骤5;
步骤5:障碍物判断:控制单元通过前方位人体红外传感器检测行李箱的前方障碍物信息,如若有障碍物,则控制单元向左驱动轮电机和右驱动轮电机发出停止信号,使行李箱停止;如若没有障碍物,则进入步骤6;
步骤6:遥控单元模式判断,判断是否处于遥控模式,如果是遥控模式,则进入步骤7,如果不是遥控模式,则进入步骤8;
步骤7:遥控模式,遥控单元可以实现四种模式,每个模式有相对应的遥控按钮,按下不同的模式按钮进入不同的模式区;
步骤8:自动模式,进入自动驱动模式,遥控模式不起作用,然后根据人体红外传感器的传感信号检测操作者的操作状态和运行速度,根据当前操作者处于“转弯模式”或者“行进模式”,自动调整为“自动转弯模式”或者“自动行进”模式;
步骤9:如若完成相关动作,则停止,若未完成则反馈至步骤3。
进一步地,所述步骤7中的四种模式包括:
拉杆自动弹出和复位模式,通过拉杆电动推杆位移传感器检测到拉杆电动推杆弹出到位状态和复位状态位移参数,判断拉杆是否处于弹出状态,如若拉杆不处于弹出到位状态,则“自动复位按钮”不起作用,“自动弹出按钮”起作用,按下“自动弹出按钮”后,将弹出到位状态设定位移值与通过拉杆电动推杆位移传感器检测到的实际位移值作差后,经过专家PID的控制参数运算后,切换到自动弹出模式,将其输出值通过控制单元输出给拉杆电动推杆的输入端,使得拉杆电动推杆正向运动,从而驱动拉杆自动弹出和复位机构,实现拉杆自动弹出,并通过拉杆电动推杆位移传感器实时反馈实际检测位移值,直到实际位移值达到拉杆电动推杆的弹出到位状态后,则停止;如若拉杆处于弹出到位状态,则“自动弹出按钮”不起作用,“自动复位按钮”起作用,按下“自动复位按钮”后,将弹出复位状态设定位移值与通过拉杆电动推杆位移传感器检测到的实际位移值作差后,经过专家PID的控制参数运算后,切换到自动复位模式,将其输出值通过控制器输出给拉杆电动推杆的输入端,使得拉杆电动推杆反向运动,从而驱动拉杆自动弹出和复位机构,实现拉杆自动复位,并通过拉杆电动推杆位移传感器实时反馈实际检测位移值,直到实际位移值达到拉杆电动推杆的复位到位状态后,则停止;
容积自动增大和复位模式,通过容积电动推杆位移传感器检测到容积电动推杆增大到位状态和复位状态位移参数,判断容积是否处于增大状态,如若容积不处于增大到位状态,则“自动复位按钮”不起作用,“自动增大按钮”起作用,按下“自动增大按钮”后,将增大到位状态设定位移值与通过容积电动推杆位移传感器检测到的实际位移值作差后,经过专家PID的控制参数运算后,切换到自动增大模式,将其输出值通过控制单元输出给容积电动推杆的输入端,使得容积电动推杆正向运动,从而驱动容积自动增大和复位机构,实现容积自动增大,并通过容积电动推杆位移传感器实时反馈实际检测位移值,直到实际位移值达到容积电动推杆的增大到位状态后,则停止;如若容积处于增大到位状态,则“自动增大按钮”不起作用,“自动复位按钮”起作用,按下“自动复位按钮”后,将增大复位状态设定位移值与通过容积电动推杆位移传感器检测到的实际位移值作差后,经过专家PID的控制参数运算后,切换到自动复位模式,将其输出值通过控制单元输出给容积电动推杆的输入端,使得容积电动推杆反向运动,从而驱动容积自动增大和复位机构,实现容积自动复位,并通过容积电动推杆位移传感器实时反馈实际检测位移值,直到实际位移值达到容积电动推杆的复位到位状态后,则停止;
驱动轮自动收缩和复位模式,通过驱动轮收缩电动推杆位移传感器检测到驱动轮收缩到位状态和复位状态位移参数,判断驱动轮是否处于收缩状态,如若驱动轮不处于收缩到位状态,则“自动复位按钮”不起作用,“自动收缩按钮”起作用,按下“自动收缩按钮”后,将驱动轮收缩到位状态设定位移值与通过驱动轮收缩电动推杆位移传感器检测到的实际位移值作差后,经过专家 PID的控制参数运算后,切换到自动收缩模式,将其输出值通过控制单元输出给驱动轮收缩电动推杆的输入端,使得驱动轮收缩电动推杆正向运动,从而驱动轮自动收缩和复位机构,实现驱动轮自动收缩,并通过动轮收缩电动推杆位移传感器实时反馈实际检测位移值,直到实际位移值达到驱动轮收缩电动推杆的收缩到位状态后,则停止;
遥控驱动模式,遥控单元和显示单元设置的按钮有“前进按钮”“后退按钮”“左转按钮”和“右转按钮”四个遥控按钮,当按下“前进按钮”后,控制单元向左驱动轮电机和右驱动轮电机同时输入可调节的电机正转模拟量信号参数,使得左驱动轮电机和右驱动轮电机同时正转,从而左驱动轮电机和右驱动轮电机同时带动左驱动轮和右驱动轮同时正转,两个驱动轮则带动行李箱同时向前前进,;当按下“后退按钮”后,控制单元向左驱动轮电机和右驱动轮电机同时输入可调节的电机反转模拟量信号参数,使得左驱动轮电机和右驱动轮电机同时反转,从而左驱动轮电机和右驱动轮电机同时带动左驱动轮和右驱动轮同时反转,两个驱动轮则带动行李箱同时向后后退;当按下“左转按钮”后,控制单元向左驱动轮电机输入停止模拟量信号,并向右驱动轮电机输入可调节的电机正转模拟量信号参数,使得左驱动轮电机停止转动,右驱动轮电机正转,从而左驱动轮电机迫使左驱动轮停止,右驱动轮电机带动右驱动轮正转,依靠差速转向,行李箱向左转弯;当按下“右转按钮”后,控制单元向右驱动轮电机输入停止模拟量信号,并向左驱动轮电机输入可调节的电机正转模拟量信号参数,使得右驱动轮电机停止转动,左驱动轮电机正转,从而右驱动轮电机迫使右驱动轮停止,左驱动轮电机带动左驱动轮正转,依靠差速转向,行李箱向右转弯。
进一步地,所述“自动转弯模式”为根据某方位人体红外传感器的红外传感信号获得不同时刻操作者距离行李箱转弯信号的系列位移值S2,并将此系列位移值与固定时间值Δt2作比,从而获得操作者的转弯信号强度,根据公式其转弯信号强度将其转换为检测目标转速n2
式中,n2为左驱动轮电机或右驱动轮电机的检测目标转速,S2为操作者距离行李箱转弯信号的系列位移值,Δt2为转弯模式固定时间值;
如若智能行李箱左侧红外传感信号,则进入左转弯模式,控制单元向左驱动轮电机输入停止模拟量信号,左驱动轮电机迫使左驱动轮停止,并将检测目标转速n2与右驱动轮转速传感器检测到的右驱动轮实际转速作差,经过专家 PID的控制参数运算后,输出给右驱动轮电机的输入端,右驱动轮电机驱动右驱动轮,左驱动轮停止,右驱动轮转动,形成差速左转向,完成左转;
如若智能行李箱右侧红外传感信号,则进入右转弯模式,控制单元向右驱动轮电机输入停止模拟量信号,右驱动轮电机迫使右驱动轮停止,并将检测目标转速n2与左驱动轮转速传感器检测到的右驱动轮实际转速作差,经过专家 PID的控制参数运算后,输出给左驱动轮电机的输入端,左驱动轮电机驱动左驱动轮,右驱动轮停止,左驱动轮转动,形成差速右转向,完成右转。
进一步地,所述“自动行进模式”为根据人体红外传感器红外传感信号获得不同时刻操作者与行李箱之间的系列位移值,并将此系列位移值S1与固定时间值Δt1作比,从而获得操作者的行驶速度,并将其作为行李箱的检测目标速度,并进入同步驱动模块,根据公式计算左驱动轮和右驱动轮的检测目标转速 n1,由于是同步驱动模块,两驱动轮的转速相同,并且由于驱动轮电机与驱动轮之间通过键连接,则左驱动轮电机和右驱动轮电机的检测目标转速n1与左驱动轮和右驱动轮的目标转速相同;
式中,n1为左驱动轮电机和右驱动轮电机的检测目标转速,S1为操作者与行李箱之间的系列位移值,Δt1为前进模式固定时间值,R为车轮半径;
将左驱动轮电机的输出目标转速与左驱动轮转速传感器检测到的左驱动轮实际转速作差,经过专家PID的控制参数运算后,输出给左驱动轮电机的输入端,左驱动轮电机驱动左驱动轮,将右驱动轮电机的输出目标转速与右驱动轮转速传感器检测到的右驱动轮实际转速作差,经过专家PID的控制参数运算后,输出给右驱动轮电机的输入端,右驱动轮电机驱动右驱动轮,左驱动轮和右驱动轮同时达到输出目标转速后,则可实现自动前进模式。
进一步地,所述专家PID的控制参数的确定方法为:
专家PID的控制参数调节区域共分为五个区域为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ, e(k)为离散化的当前采样时刻的误差值,△e(k)为当前误差变化率,M1、M2、ε分别误差设定值,区域划分原则如下:
区域Ⅰ:当∣e(k)∣>M1时,专家PID的输出为u(k)=umax
区域Ⅱ:当e(k)△e(k)>0,且M1>∣e(k)∣≥M2时,专家PID的输出为 u(k)=u(k-1)+KPmax[e(k)-e(k-1)],其中Kpmax为调节参数,其值尽量大;
区域Ⅲ:当e(k)△e(k)>0,且M2>∣e(k)∣≥ε时,专家PID的控制参数输出为 u(k)=u(k-1)+KP[e(k)-e(k-1)]+KIe(k),其中Kp、KI为调节参数;
区域Ⅳ:当e(k)△e(k)<0,专家PID的控制参数输出为u(k)=u(k-1),控制器的输出保持不变;
区域Ⅴ:当∣e(k)∣<ε时,专家PID的控制参数输出为 u(k)=u(k-1)+KIe(k),其中KI为调节参数,其值较小。
有益技术效果:
本发明公开一种智能行李箱的控制系统包括信息收集单元,所述信息收集单元包括:人体红外传感器,所述人体红外传感器设置于智能行李箱的四个侧面;用以实时检测操作者的方位、前进和转弯信号;左驱动轮转速传感器,所述左驱动轮转速传感器设置于智能行李箱的左驱动轮上,用以实时检测左驱动轮的状态;
右驱动轮转速传感器,所述右驱动轮转速传感器设置于智能行李箱的右驱动轮上,用以实时检测右驱动轮的状态;拉杆电动推杆位移传感器,所述拉杆电动推杆位移传感器设置于拉杆电动推杆上,用以实时检测拉杆电动推杆的位移;容积电动推杆位移传感器,所述容积电动推杆位移传感器设置于容积电动推杆上,用以实时检测容积电动推杆的位移;驱动轮收缩电动推杆位移传感器,所述驱动轮收缩电动推杆位移传感器设置于驱动轮收缩电动推杆上,用以实时检测驱动轮收缩电动推杆的位移;控制单元,所述控制单元接收所述信息收集单元收集的信息,并对执行单元发送执行命令,所述控制单元为控制器;执行单元,所述执行单元与所述控制单元相连,执行所述控制单元的控制信息,所述执行单元包括左驱动轮电机、右驱动轮电机、拉杆电动推杆、容积电动推杆和驱动轮收缩电动推杆,解决了目前市场上存在的智能行李箱内部空间较小,不能根据使用者所载物品的多少实时改变行李箱的内部容的问题,使得行李箱的内部容积可根据使用者所载物品的多少实时改变,能够实现多方位自动感应且能实现远程控制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1是本发明控制系统的前方位感应驱动示意图;
图2是本发明控制系统后方位感应驱动示意图;
图3是本发明控制系统左方位感应驱动示意图;
图4是本发明控制系统右方位感应驱动示意图;
图5是本发明控制系统硬件组成图;
图6是本发明控制系统的控制流程示意图;
图7是本发明控制系统的前进转弯模块控制方框图;
图8是本发明控制系统拉杆自动弹出和复位控制原理方框图;
图9是本发明控制系统容积自动增大和复位控制原理方框图;
图10是本发明控制系统驱动轮自动收缩和复位控制原理方框图;
图11是本发明控制系统的专家PID的控制参数调节区域细分示意图。
图中:1.操作者,2.前方位人体红外传感器,3.行李箱,4.后方位人体红外传感器,5.左方位人体红外传感器,6.右方位人体红外传感器,7.异常报警装置, 8.遥控/显示单元,9.控制器,10.左驱动轮电机,11.右驱动轮电机,12.拉杆电动推杆,13.容积电动推杆,14.驱动轮收缩电动推杆,15.左驱动轮,16.右驱动轮,17.拉杆自动弹出和复位机构,18.容积自动增大和复位机构,19.驱动轮自动收缩和复位机构,20.左驱动轮转速传感器,21.右驱动轮转速传感器,22.拉杆电动推杆位移传感器,23.容积电动推杆位移传感器,24.驱动轮收缩电动推杆位移传感器。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图对本发明的实施方式进行详细说明。
本发明一方面提供一种智能行李箱的控制系统,包括信息收集单元、控制单元和执行单元。
信息收集单元
信息收集单元包括人体红外传感器,人体红外传感器设置于智能行李箱的四个侧面,用以实时检测操作者的方位、前进和转弯信号,可以实现四个方位感应驱动具体地,前方位人体红外传感器2安装于行李箱3的正前方,参见图 1,操作者1背向行李箱3,并处于行李箱3的正前方,此时为前方位感应驱动,控制器9通过前方位人体红外传感器2检测到操作者1后,将此信号进行处理并传递给驱动系统,进而可以完成前方位感应驱动行走,即跟随驱动行走;后方位人体红外传感器4安装于行李箱3的正后方,参见图2,操作者1面向行李箱3,并处于行李箱3的正后方,此时为后方位感应驱动,控制器9通过后方位人体红外传感器4检测到操作者1后,将此信号进行处理并传递给驱动系统,进而可以完成后方位感应驱动;左方位人体红外传感器5安装于行李箱 3的正左方,参见图3,操作者1面向行李箱3的正前方,并处于行李箱3的左侧,此时为左方位感应驱动,控制器9通过左方位人体红外传感器5检测到操作者1后,将此信号进行处理并传递给驱动系统,从而完成后方位感应驱动;右方位人体红外传感器6安装于行李箱3的正右方,参见图4,操作者1面向行李箱3的正前方,并处于行李箱3的右侧,此时为右方位感应驱动,控制器 9通过右方位人体红外传感器6检测到操作者1后,将此信号进行处理并传递给驱动系统,从而完成后方位感应驱动。
作为本发明的一个实施例,智能行李箱的控制系统的信息收集单元还包括左驱动轮转速传感器,左驱动轮转速传感器设置于智能行李箱的左驱动轮上,用以实时检测左驱动轮的状态;右驱动轮转速传感器,右驱动轮转速传感器设置于智能行李箱的右驱动轮上,用以实时检测右驱动轮的状态;拉杆电动推杆位移传感器,拉杆电动推杆位移传感器设置于拉杆电动推杆上,用以实时检测拉杆电动推杆的位移;容积电动推杆位移传感器,容积电动推杆位移传感器设置于容积电动推杆上,用以实时检测容积电动推杆的位移;驱动轮收缩电动推杆位移传感器,驱动轮收缩电动推杆位移传感器设置于驱动轮收缩电动推杆上,用以实时检测驱动轮收缩电动推杆的位移;
控制单元
控制单元接收所述信息收集单元收集的信息,并对执行单元发送执行命令,控制单元为控制器9。
执行单元
执行单元与所述控制单元相连,执行控制单元的控制信息,执行单元包括左驱动轮电机10、右驱动轮电机11、拉杆电动推杆12、容积电动推杆13和驱动轮收缩电动推杆14,具体地,左驱动轮电机10、右驱动轮电机11、拉杆电动推杆12、容积电动推杆13和驱动轮收缩电动推杆14通过电线分别与控制器 9的输出端口相连,左驱动轮电机10通过键与左驱动轮15相连,右驱动轮电机11通过键与右驱动轮16相连,拉杆电动推杆12上通过螺栓安装有拉杆电动推杆位移传感器22,容积电动推杆13上通过螺栓安装有容积电动推杆位移传感器23,驱动轮收缩电动推杆14上通过螺栓安装有驱动轮收缩电动推杆位移传感器24,拉杆电动推杆12通过销轴与拉杆自动弹出和复位机构17相连,拉杆自动弹出和复位机构17可以实现拉杆的自动弹出和复位动作,容积电动推杆 13通过销轴与容积自动增大和复位机构18相连,容积自动增大和复位机构 18可以实现行李箱3内部容积的自动增大和复位动作,驱动轮收缩电动推杆 14通过销轴与驱动轮自动收缩和复位机构19相连,驱动轮自动收缩和复位机构19可以实现两个驱动轮的同时收缩与复位动作。
作为本发明的优选技术方案,智能行李箱的控制系统还包括:报警单元、显遥控/显示单元,其中报警单元与控制单元的输出端相连,用以发生异常情况时发出警报提示;显示单元可以为手机或者移动电脑或者计算机,这里不作限制,用以进行对智能行李箱进行远程操作。
本发明的另一方面提供一种智能行李箱的控制方法,包括以下步骤:
步骤1:初始化,将智能行李箱的控制单元初始化;
步骤2:参数设定,通过遥控单元和显示单元设定智能行李箱的前进速度、转弯速度、拉杆电动推杆弹出到位状态和复位状态位移参数、容积电动推杆容积增大到位状态和复位状态位移参数、驱动轮收缩电动推杆到位状态和复位状态位移参数、人体红外传感器标定参数、专家PID的控制参数、电机驱动参数和电动推杆驱动参数;
步骤3:数据采集:控制单元通过人体红外传感器采集操作者的方位、前进、转弯和障碍物等信息,通过左驱动轮转速传感器、右驱动轮转速传感器采集左驱动轮转速和右驱动轮转速信息,通过拉杆电动推杆位移传感器、容积电动推杆位移传感器和驱动轮收缩电动推杆位移传感器采集拉杆电动推杆位移、容积电动推杆位移和驱动轮收缩电动推杆位移信息,通过遥控单元和显示单元采集遥控和自动模式信息;
步骤4:方位感应驱动判断,控制单元通过人体红外传感器检测到的信息,判断当前操作者处于何种方位,如若为前方位感应驱动,则进入步骤6;如若为后方位感应驱动、左方位感应驱动和右方位感应驱动,则进入步骤5;
步骤5:障碍物判断:控制单元通过前方位人体红外传感器检测行李箱的前方障碍物信息,如若有障碍物,则控制单元向左驱动轮电机和右驱动轮电机发出停止信号,使行李箱停止;如若没有障碍物,则进入步骤6;
步骤6:遥控单元模式判断,判断是否处于遥控模式,如果是遥控模式,则进入步骤7,如果不是遥控模式,则进入步骤8;
步骤7:遥控模式,遥控单元可以实现四种模式,每个模式有相对应的遥控按钮,按下不同的模式按钮进入不同的模式区;
具体地,拉杆自动弹出和复位模式,通过拉杆电动推杆位移传感器检测到拉杆电动推杆弹出到位状态和复位状态位移参数,判断拉杆是否处于弹出状态,如若拉杆不处于弹出到位状态,则“自动复位按钮”不起作用,“自动弹出按钮”起作用,按下“自动弹出按钮”后,将弹出到位状态设定位移值与通过拉杆电动推杆位移传感器检测到的实际位移值作差后,经过专家PID的控制参数运算后,切换到自动弹出模式,将其输出值通过控制单元输出给拉杆电动推杆的输入端,使得拉杆电动推杆正向运动,从而驱动拉杆自动弹出和复位机构,实现拉杆自动弹出,并通过拉杆电动推杆位移传感器实时反馈实际检测位移值,直到实际位移值达到拉杆电动推杆的弹出到位状态后,则停止;如若拉杆处于弹出到位状态,则“自动弹出按钮”不起作用,“自动复位按钮”起作用,按下“自动复位按钮”后,将弹出复位状态设定位移值与通过拉杆电动推杆位移传感器检测到的实际位移值作差后,经过专家PID的控制参数运算后,切换到自动复位模式,将其输出值通过控制器输出给拉杆电动推杆的输入端,使得拉杆电动推杆反向运动,从而驱动拉杆自动弹出和复位机构,实现拉杆自动复位,并通过拉杆电动推杆位移传感器实时反馈实际检测位移值,直到实际位移值达到拉杆电动推杆的复位到位状态后,则停止;
容积自动增大和复位模式,通过容积电动推杆位移传感器检测到容积电动推杆增大到位状态和复位状态位移参数,判断容积是否处于增大状态,如若容积不处于增大到位状态,则“自动复位按钮”不起作用,“自动增大按钮”起作用,按下“自动增大按钮”后,将增大到位状态设定位移值与通过容积电动推杆位移传感器检测到的实际位移值作差后,经过专家PID的控制参数运算后,切换到自动增大模式,将其输出值通过控制单元输出给容积电动推杆的输入端,使得容积电动推杆正向运动,从而驱动容积自动增大和复位机构,实现容积自动增大,并通过容积电动推杆位移传感器实时反馈实际检测位移值,直到实际位移值达到容积电动推杆的增大到位状态后,则停止;如若容积处于增大到位状态,则“自动增大按钮”不起作用,“自动复位按钮”起作用,按下“自动复位按钮”后,将增大复位状态设定位移值与通过容积电动推杆位移传感器检测到的实际位移值作差后,经过专家PID的控制参数运算后,切换到自动复位模式,将其输出值通过控制单元输出给容积电动推杆的输入端,使得容积电动推杆反向运动,从而驱动容积自动增大和复位机构,实现容积自动复位,并通过容积电动推杆位移传感器实时反馈实际检测位移值,直到实际位移值达到容积电动推杆的复位到位状态后,则停止;
驱动轮自动收缩和复位模式,通过驱动轮收缩电动推杆位移传感器检测到驱动轮收缩到位状态和复位状态位移参数,判断驱动轮是否处于收缩状态,如若驱动轮不处于收缩到位状态,则“自动复位按钮”不起作用,“自动收缩按钮”起作用,按下“自动收缩按钮”后,将驱动轮收缩到位状态设定位移值与通过驱动轮收缩电动推杆位移传感器检测到的实际位移值作差后,经过专家 PID的控制参数运算后,切换到自动收缩模式,将其输出值通过控制单元输出给驱动轮收缩电动推杆的输入端,使得驱动轮收缩电动推杆正向运动,从而驱动轮自动收缩和复位机构,实现驱动轮自动收缩,并通过动轮收缩电动推杆位移传感器实时反馈实际检测位移值,直到实际位移值达到驱动轮收缩电动推杆的收缩到位状态后,则停止;
遥控驱动模式,遥控单元和显示单元设置的按钮有“前进按钮”“后退按钮”“左转按钮”和“右转按钮”四个遥控按钮,当按下“前进按钮”后,控制单元向左驱动轮电机和右驱动轮电机同时输入可调节的电机正转模拟量信号参数,使得左驱动轮电机和右驱动轮电机同时正转,从而左驱动轮电机和右驱动轮电机同时带动左驱动轮和右驱动轮同时正转,两个驱动轮则带动行李箱同时向前前进,;当按下“后退按钮”后,控制单元向左驱动轮电机和右驱动轮电机同时输入可调节的电机反转模拟量信号参数,使得左驱动轮电机和右驱动轮电机同时反转,从而左驱动轮电机和右驱动轮电机同时带动左驱动轮和右驱动轮同时反转,两个驱动轮则带动行李箱同时向后后退;当按下“左转按钮”后,控制单元向左驱动轮电机输入停止模拟量信号,并向右驱动轮电机输入可调节的电机正转模拟量信号参数,使得左驱动轮电机停止转动,右驱动轮电机正转,从而左驱动轮电机迫使左驱动轮停止,右驱动轮电机带动右驱动轮正转,依靠差速转向,行李箱向左转弯;当按下“右转按钮”后,控制单元向右驱动轮电机输入停止模拟量信号,并向左驱动轮电机输入可调节的电机正转模拟量信号参数,使得右驱动轮电机停止转动,左驱动轮电机正转,从而右驱动轮电机迫使右驱动轮停止,左驱动轮电机带动左驱动轮正转,依靠差速转向,行李箱向右转弯。
步骤8:自动模式,进入自动驱动模式,遥控模式不起作用,然后根据人体红外传感器的传感信号检测操作者的操作状态和运行速度,根据当前操作者处于“转弯模式”或者“行进模式”,自动调整为“自动转弯模式”或者“自动行进”模式;
具体地,“自动转弯模式”为根据某方位人体红外传感器的红外传感信号获得不同时刻操作者距离行李箱转弯信号的系列位移值S2,并将此系列位移值与固定时间值Δt2作比,从而获得操作者的转弯信号强度,根据公式其转弯信号强度将其转换为检测目标转速n2
式中,n2为左驱动轮电机或右驱动轮电机的检测目标转速,S2为操作者距离行李箱转弯信号的系列位移值,Δt2为转弯模式固定时间值;
如若智能行李箱左侧红外传感信号,则进入左转弯模式,控制单元向左驱动轮电机输入停止模拟量信号,左驱动轮电机迫使左驱动轮停止,并将检测目标转速n2与右驱动轮转速传感器检测到的右驱动轮实际转速作差,经过专家 PID的控制参数运算后,输出给右驱动轮电机的输入端,右驱动轮电机驱动右驱动轮,左驱动轮停止,右驱动轮转动,形成差速左转向,完成左转;
如若智能行李箱右侧红外传感信号,则进入右转弯模式,控制单元向右驱动轮电机输入停止模拟量信号,右驱动轮电机迫使右驱动轮停止,并将检测目标转速n2与左驱动轮转速传感器检测到的右驱动轮实际转速作差,经过专家 PID的控制参数运算后,输出给左驱动轮电机的输入端,左驱动轮电机驱动左驱动轮,右驱动轮停止,左驱动轮转动,形成差速右转向,完成右转。
“自动行进模式”为根据人体红外传感器红外传感信号获得不同时刻操作者与行李箱之间的系列位移值,并将此系列位移值S1与固定时间值Δt1作比,从而获得操作者的行驶速度,并将其作为行李箱的检测目标速度,并进入同步驱动模块,根据公式计算左驱动轮和右驱动轮的检测目标转速n1,由于是同步驱动模块,两驱动轮的转速相同,并且由于驱动轮电机与驱动轮之间通过键连接,则左驱动轮电机和右驱动轮电机的检测目标转速n1与左驱动轮和右驱动轮的目标转速相同;
式中,n1为左驱动轮电机和右驱动轮电机的检测目标转速,S1为操作者与行李箱之间的系列位移值,Δt1为前进模式固定时间值,R为车轮半径;
将左驱动轮电机的输出目标转速与左驱动轮转速传感器检测到的左驱动轮实际转速作差,经过专家PID的控制参数运算后,输出给左驱动轮电机的输入端,左驱动轮电机驱动左驱动轮,将右驱动轮电机的输出目标转速与右驱动轮转速传感器检测到的右驱动轮实际转速作差,经过专家PID的控制参数运算后,输出给右驱动轮电机的输入端,右驱动轮电机驱动右驱动轮,左驱动轮和右驱动轮同时达到输出目标转速后,则可实现自动前进模式。
步骤9:如若完成相关动作,则停止,若未完成则反馈至步骤3。
优选地,专家PID的控制参数调节区域共分为五个区域为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ,e(k)为离散化的当前采样时刻的误差值,△e(k)为当前误差变化率, M1、M2、ε分别误差设定值,区域划分原则如下:
区域Ⅰ:当∣e(k)∣>M1时,专家PID的输出为u(k)=umax
区域Ⅱ:当e(k)△e(k)>0,且M1>∣e(k)∣≥M2时,专家PID的输出为 u(k)=u(k-1)+KPmax[e(k)-e(k-1)],其中Kpmax为调节参数,其值尽量大;
区域Ⅲ:当e(k)△e(k)>0,且M2>∣e(k)∣≥ε时,专家PID的控制参数输出为 u(k)=u(k-1)+KP[e(k)-e(k-1)]+KIe(k),其中Kp、KI为调节参数;
区域Ⅳ:当e(k)△e(k)<0,专家PID的控制参数输出为u(k)=u(k-1),控制器的输出保持不变;
区域Ⅴ:当∣e(k)∣<ε时,专家PID的控制参数输出为 u(k)=u(k-1)+KIe(k),其中KI为调节参数,其值较小。
在所述的工作方法中所用到的专家PID的控制参数,其调节原则根据上述五个区域细分原则进行调节,需要根据实际情况进行调试确定相关参数。
以上的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述,并非对本发明的范围进行限定,在不脱离本发明设计精神的前提下,本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进,均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种智能行李箱的控制系统,其特征在于,包括:
信息收集单元,所述信息收集单元包括:
人体红外传感器,所述人体红外传感器设置于智能行李箱的四个侧面;用以实时检测操作者的方位、前进和转弯信号;
左驱动轮转速传感器(20),所述左驱动轮转速传感器(20)设置于智能行李箱的左驱动轮(15)上,用以实时检测左驱动轮(15)的状态;
右驱动轮转速传感器(21),所述右驱动轮转速传感器(21)设置于智能行李箱的右驱动轮(16)上,用以实时检测右驱动轮(16)的状态;
拉杆电动推杆位移传感器(22),所述拉杆电动推杆位移传感器(22)设置于拉杆电动推杆(12)上,用以实时检测拉杆电动推杆(12)的位移;
容积电动推杆位移传感器(23),所述容积电动推杆位移传感器(23)设置于容积电动推杆(13)上,用以实时检测容积电动推杆(13)的位移;
驱动轮收缩电动推杆位移传感器(24),所述驱动轮收缩电动推杆位移传感器(24)设置于驱动轮收缩电动推杆(14)上,用以实时检测驱动轮收缩电动推杆(14)的位移;
控制单元,所述控制单元接收所述信息收集单元收集的信息,并对执行单元发送执行命令,所述控制单元为控制器(9);
执行单元,所述执行单元与所述控制单元相连,执行所述控制单元的控制信息,所述执行单元包括左驱动轮电机(10)、右驱动轮电机(11)、拉杆电动推杆(12)、容积电动推杆(13)和驱动轮收缩电动推杆(14)。
2.根据权利要求1所述的一种智能行李箱的控制系统,其特征在于,还包括:
报警单元,所述报警单元与所述控制单元的输出端相连,用以发生异常情况时发出警报提示;
遥控/显示单元,所述显示单元为手机或者移动电脑或者计算机用以进行对智能行李箱进行远程操作。
3.根据权利要求1-2任一项所述的一种智能行李箱控制系统的控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:初始化,将智能行李箱的控制单元初始化;
步骤2:参数设定,通过遥控单元和显示单元设定智能行李箱的前进速度、转弯速度、拉杆电动推杆弹出到位状态和复位状态位移参数、容积电动推杆容积增大到位状态和复位状态位移参数、驱动轮收缩电动推杆到位状态和复位状态位移参数、人体红外传感器标定参数、专家PID的控制参数、电机驱动参数和电动推杆驱动参数;
步骤3:数据采集:控制单元通过人体红外传感器采集操作者的方位、前进、转弯和障碍物等信息,通过左驱动轮转速传感器、右驱动轮转速传感器采集左驱动轮转速和右驱动轮转速信息,通过拉杆电动推杆位移传感器、容积电动推杆位移传感器和驱动轮收缩电动推杆位移传感器采集拉杆电动推杆位移、容积电动推杆位移和驱动轮收缩电动推杆位移信息,通过遥控单元和显示单元采集遥控和自动模式信息;
步骤4:方位感应驱动判断,控制单元通过人体红外传感器检测到的信息,判断当前操作者处于何种方位,如若为前方位感应驱动,则进入步骤6;如若为后方位感应驱动、左方位感应驱动和右方位感应驱动,则进入步骤5;
步骤5:障碍物判断:控制单元通过前方位人体红外传感器检测行李箱的前方障碍物信息,如若有障碍物,则控制单元向左驱动轮电机和右驱动轮电机发出停止信号,使行李箱停止;如若没有障碍物,则进入步骤6;
步骤6:遥控单元模式判断,判断是否处于遥控模式,如果是遥控模式,则进入步骤7,如果不是遥控模式,则进入步骤8;
步骤7:遥控模式,遥控单元可以实现四种模式,每个模式有相对应的遥控按钮,按下不同的模式按钮进入不同的模式区;
步骤8:自动模式,进入自动驱动模式,遥控模式不起作用,然后根据人体红外传感器的传感信号检测操作者的操作状态和运行速度,根据当前操作者处于“转弯模式”或者“行进模式”,自动调整为“自动转弯模式”或者“自动行进”模式;
步骤9:如若完成相关动作,则停止,若未完成则反馈至步骤3。
4.根据权利要求3所述的一种智能行李箱的控制方法,其特征在于,所述步骤7中的四种模式包括:
拉杆自动弹出和复位模式,通过拉杆电动推杆位移传感器检测到拉杆电动推杆弹出到位状态和复位状态位移参数,判断拉杆是否处于弹出状态,如若拉杆不处于弹出到位状态,则“自动复位按钮”不起作用,“自动弹出按钮”起作用,按下“自动弹出按钮”后,将弹出到位状态设定位移值与通过拉杆电动推杆位移传感器检测到的实际位移值作差后,经过专家PID的控制参数运算后,切换到自动弹出模式,将其输出值通过控制单元输出给拉杆电动推杆的输入端,使得拉杆电动推杆正向运动,从而驱动拉杆自动弹出和复位机构,实现拉杆自动弹出,并通过拉杆电动推杆位移传感器实时反馈实际检测位移值,直到实际位移值达到拉杆电动推杆的弹出到位状态后,则停止;如若拉杆处于弹出到位状态,则“自动弹出按钮”不起作用,“自动复位按钮”起作用,按下“自动复位按钮”后,将弹出复位状态设定位移值与通过拉杆电动推杆位移传感器检测到的实际位移值作差后,经过专家PID的控制参数运算后,切换到自动复位模式,将其输出值通过控制器输出给拉杆电动推杆的输入端,使得拉杆电动推杆反向运动,从而驱动拉杆自动弹出和复位机构,实现拉杆自动复位,并通过拉杆电动推杆位移传感器实时反馈实际检测位移值,直到实际位移值达到拉杆电动推杆的复位到位状态后,则停止;
容积自动增大和复位模式,通过容积电动推杆位移传感器检测到容积电动推杆增大到位状态和复位状态位移参数,判断容积是否处于增大状态,如若容积不处于增大到位状态,则“自动复位按钮”不起作用,“自动增大按钮”起作用,按下“自动增大按钮”后,将增大到位状态设定位移值与通过容积电动推杆位移传感器检测到的实际位移值作差后,经过专家PID的控制参数运算后,切换到自动增大模式,将其输出值通过控制单元输出给容积电动推杆的输入端,使得容积电动推杆正向运动,从而驱动容积自动增大和复位机构,实现容积自动增大,并通过容积电动推杆位移传感器实时反馈实际检测位移值,直到实际位移值达到容积电动推杆的增大到位状态后,则停止;如若容积处于增大到位状态,则“自动增大按钮”不起作用,“自动复位按钮”起作用,按下“自动复位按钮”后,将增大复位状态设定位移值与通过容积电动推杆位移传感器检测到的实际位移值作差后,经过专家PID的控制参数运算后,切换到自动复位模式,将其输出值通过控制单元输出给容积电动推杆的输入端,使得容积电动推杆反向运动,从而驱动容积自动增大和复位机构,实现容积自动复位,并通过容积电动推杆位移传感器实时反馈实际检测位移值,直到实际位移值达到容积电动推杆的复位到位状态后,则停止;
驱动轮自动收缩和复位模式,通过驱动轮收缩电动推杆位移传感器检测到驱动轮收缩到位状态和复位状态位移参数,判断驱动轮是否处于收缩状态,如若驱动轮不处于收缩到位状态,则“自动复位按钮”不起作用,“自动收缩按钮”起作用,按下“自动收缩按钮”后,将驱动轮收缩到位状态设定位移值与通过驱动轮收缩电动推杆位移传感器检测到的实际位移值作差后,经过专家PID的控制参数运算后,切换到自动收缩模式,将其输出值通过控制单元输出给驱动轮收缩电动推杆的输入端,使得驱动轮收缩电动推杆正向运动,从而驱动轮自动收缩和复位机构,实现驱动轮自动收缩,并通过动轮收缩电动推杆位移传感器实时反馈实际检测位移值,直到实际位移值达到驱动轮收缩电动推杆的收缩到位状态后,则停止;
遥控驱动模式,遥控单元和显示单元设置的按钮有“前进按钮”“后退按钮”“左转按钮”和“右转按钮”四个遥控按钮,当按下“前进按钮”后,控制单元向左驱动轮电机和右驱动轮电机同时输入可调节的电机正转模拟量信号参数,使得左驱动轮电机和右驱动轮电机同时正转,从而左驱动轮电机和右驱动轮电机同时带动左驱动轮和右驱动轮同时正转,两个驱动轮则带动行李箱同时向前前进,;当按下“后退按钮”后,控制单元向左驱动轮电机和右驱动轮电机同时输入可调节的电机反转模拟量信号参数,使得左驱动轮电机和右驱动轮电机同时反转,从而左驱动轮电机和右驱动轮电机同时带动左驱动轮和右驱动轮同时反转,两个驱动轮则带动行李箱同时向后后退;当按下“左转按钮”后,控制单元向左驱动轮电机输入停止模拟量信号,并向右驱动轮电机输入可调节的电机正转模拟量信号参数,使得左驱动轮电机停止转动,右驱动轮电机正转,从而左驱动轮电机迫使左驱动轮停止,右驱动轮电机带动右驱动轮正转,依靠差速转向,行李箱向左转弯;当按下“右转按钮”后,控制单元向右驱动轮电机输入停止模拟量信号,并向左驱动轮电机输入可调节的电机正转模拟量信号参数,使得右驱动轮电机停止转动,左驱动轮电机正转,从而右驱动轮电机迫使右驱动轮停止,左驱动轮电机带动左驱动轮正转,依靠差速转向,行李箱向右转弯。
5.根据权利要求3所述的一种智能行李箱的控制方法,其特征在于,所述“自动转弯模式”为根据某方位人体红外传感器的红外传感信号获得不同时刻操作者距离行李箱转弯信号的系列位移值S2,并将此系列位移值与固定时间值Δt2作比,从而获得操作者的转弯信号强度,根据公式其转弯信号强度将其转换为检测目标转速n2
式中,n2为左驱动轮电机或右驱动轮电机的检测目标转速,S2为操作者距离行李箱转弯信号的系列位移值,Δt2为转弯模式固定时间值;
如若智能行李箱左侧红外传感信号,则进入左转弯模式,控制单元向左驱动轮电机输入停止模拟量信号,左驱动轮电机迫使左驱动轮停止,并将检测目标转速n2与右驱动轮转速传感器检测到的右驱动轮实际转速作差,经过专家PID的控制参数运算后,输出给右驱动轮电机的输入端,右驱动轮电机驱动右驱动轮,左驱动轮停止,右驱动轮转动,形成差速左转向,完成左转;
如若智能行李箱右侧红外传感信号,则进入右转弯模式,控制单元向右驱动轮电机输入停止模拟量信号,右驱动轮电机迫使右驱动轮停止,并将检测目标转速n2与左驱动轮转速传感器检测到的右驱动轮实际转速作差,经过专家PID的控制参数运算后,输出给左驱动轮电机的输入端,左驱动轮电机驱动左驱动轮,右驱动轮停止,左驱动轮转动,形成差速右转向,完成右转。
6.根据权利要求3所述的一种智能行李箱的控制方法,其特征在于,所述“自动行进模式”为根据人体红外传感器红外传感信号获得不同时刻操作者与行李箱之间的系列位移值,并将此系列位移值S1与固定时间值Δt1作比,从而获得操作者的行驶速度,并将其作为行李箱的检测目标速度,并进入同步驱动模块,根据公式计算左驱动轮和右驱动轮的检测目标转速n1,由于是同步驱动模块,两驱动轮的转速相同,并且由于驱动轮电机与驱动轮之间通过键连接,则左驱动轮电机和右驱动轮电机的检测目标转速n1与左驱动轮和右驱动轮的目标转速相同;
式中,n1为左驱动轮电机和右驱动轮电机的检测目标转速,S1为操作者与行李箱之间的系列位移值,Δt1为前进模式固定时间值,R为车轮半径;
将左驱动轮电机的输出目标转速与左驱动轮转速传感器检测到的左驱动轮实际转速作差,经过专家PID的控制参数运算后,输出给左驱动轮电机的输入端,左驱动轮电机驱动左驱动轮,将右驱动轮电机的输出目标转速与右驱动轮转速传感器检测到的右驱动轮实际转速作差,经过专家PID的控制参数运算后,输出给右驱动轮电机的输入端,右驱动轮电机驱动右驱动轮,左驱动轮和右驱动轮同时达到输出目标转速后,则可实现自动前进模式。
7.根据权利要求3所述的一种智能行李箱的控制方法,其特征在于,所述专家PID的控制参数的确定方法为:
专家PID的控制参数调节区域共分为五个区域为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ,e(k)为离散化的当前采样时刻的误差值,△e(k)为当前误差变化率,M1、M2、ε分别误差设定值,区域划分原则如下:
区域Ⅰ:当∣e(k)∣>M1时,专家PID的控制参数输出为u(k)=umax
区域Ⅱ:当e(k)△e(k)>0,且M1>∣e(k)∣≥M2时,专家PID的控制参数输出为
u(k)=u(k-1)+KPmax[e(k)-e(k-1)],其中Kpmax为调节参数,其值尽量大;
区域Ⅲ:当e(k)△e(k)>0,且M2>∣e(k)∣≥ε时,专家PID的控制参数输出为
u(k)=u(k-1)+KP[e(k)-e(k-1)]+KIe(k),其中Kp、KI为调节参数;
区域Ⅳ:当e(k)△e(k)<0,专家PID的控制参数输出为u(k)=u(k-1),控制器的输出保持不变;
区域Ⅴ:当∣e(k)∣<ε时,专家PID的控制参数输出为
u(k)=u(k-1)+KIe(k),其中KI为调节参数,其值较小。
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