CN111452010A - 一种智能跟随工具箱及其工作方法 - Google Patents

Abstract

一种智能跟随工具箱及其工作方法，工具箱包括工具分类存储盒、底座、车轮、感应模块、工具盒驱动模块、车轮驱动模块、主控模块和总电源；所述感应模块包括超声波传感器、视觉传感器、语音识别传感器和激光测距传感器；所述工具盒驱动模块、所述车轮驱动模块、所述感应模块、所述主控模块和总电源均设置在底座上；所述超声波传感器、所述视觉传感器、所述语音识别传感器和所述激光测距传感器分别与主控模块电连接。工具箱的工作方法包括：工具箱跟随移动和避障；工具箱位置确定停止运动；工具分类存储盒转动到合适位置，使用者快速拿取指定的工具。

Description

一种智能跟随工具箱及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种工具箱及方法，具体涉及一种智能工具箱及其工作方法。

背景技术

传统的工具存储方式是将一类工具放在一个工具台上或放在一个工具箱内。一方面由于工具种类繁多、大小不一、人员的管理疏漏等原因，常常会出现工具寻找困难、工具丢失等问题，导致财产损失、时间浪费甚至带来安全隐患；另一方面，由于工具台与故障设备之间存在一定的距离，维修人员工作时需要往返拿取工具或者时刻背着繁重的工具包而造成耗费人力和时间。

基于通信技术和传感技术的发展，针对以上问题，中国发明申请CN107088861A设计了一种基于RFID识别的智能工具柜，虽然信息化管理技术的应用帮助解决了工具寻找、工具丢失的问题，但是工具柜依然是固定式的，不可移动；中国发明申请CN109693215A设计了一种多功能可移动汽车维修工具箱，该工具箱的轮子提供了移动功能，但需要人推着才能移动，无法自动跟随从而彻底解放人力；实用新型专利CN206975503U设计了自主跟随避障工具车装置，实现了工具的自主移动，解决了手拎工具带来的体力消耗问题，但其人体携带模块仍然需要放在人身上，未能完全解放双手，同时使用者仍需要自己寻找工具，对于工具的管理和如何快速寻找的问题未能彻底解决。另外，实用新型CN201716603U，公开了一种智能型安全工器具柜，实用新型专利CN210155702U，公开了一种智能工具柜，上述方案都涉及语音模块，主要是实现语音播报起到提示归还超期及归还工具步骤的功能，发明专利申请CN108466244A，公开一种智能工具箱及其控制方法，采用语音数据以识别并通过比对提示是否打开放置仓，以归还工具。发明专利申请CN110076799A，公开了一种智能型搬运机器人，虽然采用语音控制模块实现升降机构动作，但是功能单一，不具有追随功能。因此有必要设计一种智能工具箱同时有效解决工具的管理、快速寻找和自主跟随移动问题。

发明内容

本发明是为克服先有技术不足，提供一种智能跟随工具箱及其工作方法。该工具箱基于语音控制和多传感器检测，通过主控模块控制，能自主跟随使用者和自主避障，到达目的地后使用者能快速寻找工具，实现了工具的有效管理。

方案一：一种智能跟随工具箱包括工具分类存储盒、底座、车轮、感应模块、工具盒驱动模块、车轮驱动模块、主控模块和总电源；所述感应模块包括超声波传感器、视觉传感器、语音识别传感器和激光测距传感器；

所述工具分类存储盒转动设置在所述底座上，所述底座的底部安装有所述两个以上的车轮；所述工具盒驱动模块、所述车轮驱动模块、所述感应模块、所述主控模块和总电源均设置在底座上；

所述超声波传感器、所述视觉传感器、所述语音识别传感器和所述激光测距传感器分别与主控模块电连接，所述总电源给所述工具盒驱动模块、所述车轮驱动模块、所述主控模块供电；

所述车轮驱动模块接收主控模块的信号控制车轮的运动状态进而控制工具箱自动跟踪和避障；所述工具盒驱动模块接收主控模块的信号控制工具分类存储盒旋转进而实现使用者快速取放分类的工具。

方案二：一种智能跟随工具箱的工作方法，使用者在小腿上绑定红色标记物，通过语音“开始”指令控制开启工具箱运动，语音识别传感器检测到语音“开始”指令后，将信号传递给第二主控模块，此时，超声波传感器、视觉传感器和激光测距传感器启动检测工作，视觉传感器寻找红色标记物，通过测得的距离和目标位置横坐标的像素值，对电机驱动板的对应管脚电平进行控制，从而实现电机的正反转带动车轮正反运动，来实现工具箱的前进、后退、左转和右转，从而自动跟随目标运动，当在跟随过程中前方出现障碍物，通过超声波传感器和激光测距传感器测得的数据，判断障碍物的位置，根据障碍物出现的位置采取相应的避障策略，以超声波传感器和激光测距传感器测得的数据作为反馈控制电机运动，来实现避障动作；

当使用者达到维修位置时，随着工具箱的跟随运动，通过超声波传感器或者视觉传感器测得的距离与设定的最小阈值比较，若检测值小于最小阈值工具箱自动停止，否则继续跟随运动，重复上述比较，直至工具箱停止运动，或者通过语音“停止或暂停”指令控制工具箱的结束运动；或者按下微动开关使各个传感器功能停止；

工具箱在停止状态下，通过语音“前进或后退或左转或右转”指令来控制工具箱的微移动，语音识别传感器检测到该语音指令后，将信号传递给第二主控模块，改变电机驱动板的对应管脚电平，控制电机的正反转，带动车轮正反运动，来实现工具箱的前进、后退、左转或者右转，最终实现工具箱在小范围内移动；

在确定好工具箱的位置后，通过语音来控制，语音识别传感器收到语音工具指令后，将信号传递给第一主控模块，第一主控模块控制舵机旋转对应角度，从而将对应工具所在的分栏室旋转到工具箱的前方，方便使用者拿取，如此反复，完成对工具的快速取用。

本发明相比现有技术的有益效果是：

1、本发明的工具分类存储盒能分类存放大量工具，工具箱加入了语音控制功能。当使用者需要工具时，可随时说出对应工具的名称，工具箱的工具分类存储盒即可将对应工具的转到最前方，以便使用者快速拿取工具，解决了工具的管理问题，同时完全节省了寻找工具的时间，使用者的工作效率大大提高。

2、通过语音指令来控制工具箱的开始、停止以及基本运动——前进、后退、左转和右转；工具箱具有轮式结构，其具有可移动性，控制模块、感应模块、工具盒驱动模块、车轮驱动模块的整体配合设计，可实现多种控制驱动，视觉传感器实现工具箱实时跟随使用者运动，同时利用超声波传感器和激光测距传感器，采用位置控制的多套避障策略，使工具箱在遇到不同障碍时能灵活有效的躲避障碍。在视觉跟踪和避障过程中，均采用实时反馈控制，实时地监测工具箱和外界坏境及目标之间的关系，及时调整自己的运动轨迹。这使得使用者只需通过语音即可控制工具箱的运动，减少了体力消耗和来回往返的时间。

3、本发明克服了工厂或实验室中维修人员工作时因往返拿取工具或者时刻背着繁重的工具包而造成的体力和时间的浪费的问题。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步地说明：

附图说明

图1为本发明的立体图；

图2为本发明的主视图；

图3为本发明的侧视图；

图4为本发明的俯视图；

图5为主控模块、电源和激光测距传感器布置结构示意图；

图6为实施例中感应模块、主控模块、舵机和电机驱动板之间供电连接关系图；

图7为实施例中控制逻辑示意图；

图8为实施例中工具箱工作流程示意图。

具体实施方式

参见图1-图6所示，一个实施方式的一种智能跟随工具箱，它包括工具分类存储盒1、底座2、车轮3、感应模块、工具盒驱动模块4、车轮驱动模块5、主控模块6和总电源7；所述感应模块包括超声波传感器9、视觉传感器10、语音识别传感器11和激光测距传感器12；

所述工具分类存储盒1转动设置在所述底座2上，所述底座2的底部安装有所述两个以上的车轮3；所述工具盒驱动模块4、所述车轮驱动模块5、所述感应模块、所述主控模块6和总电源7均设置在底座2上；

所述超声波传感器9、所述视觉传感器10、所述语音识别传感器11和所述激光测距传感器12分别与主控模块6电连接，所述总电源7给所述工具盒驱动模块4、所述车轮驱动模块5、所述主控模块6供电；

所述车轮驱动模块5接收主控模块6的信号控制车轮3的运动状态进而控制工具箱自动跟踪和避障；所述工具盒驱动模块4接收主控模块6的信号控制工具分类存储盒1旋转进而实现使用者快速取放分类的工具。

上述实施方式中，结构构造中，所述术语出现“连接”或者“设置”或者“安装”时，代表一个元件可以是直接连接在另一个元件上，或者可能存在居中元件。

视觉传感器10利用色块识别功能和光学测距功能实现工具箱实时跟踪目标。

超声波传感器9和激光测距传感器12用于采集周围物体的距离信息，通过计算发射与接收超声波或激光的时间差来计算发射点到障碍物的实际距离，数据实时反馈给主控模块6实现工具箱自动跟随使用者的运动和有效的躲避障碍物。

语音识别传感器11用于识别语音指令，信号传递给主控模块6实现语音控制车轮驱动模块5和/或工具盒驱动模块4执行相应的指令，完成基本动作；同时，主控模块6综合视觉传感器10、超声波传感器9和激光测距传感器13实时数据信息控制车轮驱动模块6最终实现工具箱自动跟随使用者的运动和有效的躲避障碍物。

基于上述具体实施方式，下面以实施例形式作进一步地限定、扩展或延伸说明：

实施例1、为便于高效可靠地实现多路控制，本实施例是对主控模块6的进一步限定，主控模块6包括第一主控模块61和第二主控模块62；所述超声波传感器9、所述视觉传感器10、所述语音识别传感器11和所述激光测距传感器12分别与第二主控模块62电连接；

所述车轮驱动模块5接收第二主控模块62的信号控制车轮3的运动状态进而控制工具箱自动跟踪和避障；

所述语音识别传感器11还与第一主控模块61电连接，所述工具盒驱动模块4接收第一主控模块61的信号控制工具分类存储盒1旋转进而实现使用者快速取放分类的工具。

如图4和图5所示，上述方案中设计单独第一主控模块61和第二主控模块62，满足多种传感器和多种运动的控制需要，比如I/O接口的使用需求。为此本实施例采用第一主控模块61控制工具盒驱动模块4，从而控制工具分类存储盒1的旋转，用第二主控模块62来控制车轮驱动模块5达到控制车轮3的运动状态，从而控制工具箱整体的移动，使工具箱的旋转和车轮运动可以并行进行。

实施例2、如图2和图6所示，本实施例是对前述实施方式及实施实施例1的车轮驱动模块5的进一步限定，不同的是：车轮驱动模块5包括电机驱动板51和电机52；第二主控模块62和电机52分别与电机驱动板51分别电连接，每个所述车轮2由电机52驱动，电机驱动板51接收第二主控模块62的信号控制电机52的工作状态进而控制车轮2的运动状态。

设计电机驱动板51来确保电机52能有稳定的输出，其接收第二主控模块62的信号，作为指令发出端，控制电机52的停转运行和转速，适应于模拟信号，也可以是数字信号。

实施例3、如图1、图3和图5所示，本实施例是对实施例1或2的进一步限定，不同的是：所述智能跟随工具箱还包括用于工作急停的微动开关13，所述微动开关13设置在底座2上，所述微动开关13与第二主控模块62电连接。

微动开关13使用简单，灵活，微动开关13设置在底座2的前方，用作工具箱的急停按钮，微动开关13按下时，工具箱整体停止运动，防止意外情况的发生。

实施例4、如图3和图6所示，本实施例是对实施例1、2和3任一实施例或组合方案中工具盒驱动模块4的进一步限定，不同的是：所述工具盒驱动模块4为舵机，舵机的输出端与工具分类存储盒1的底部连接。工具分类存储盒1由舵机驱动，实现停转状态的改变。在这里，舵机由于是用PWM波驱动，上述中第一主控模块61采用单片机作为主控板，舵机直接由作为主控板的单片机产生PWM波控制，通过控制其占空比控制舵机旋转角度，进而实现对工具分类存储盒1的旋转控制。可选地，舵机可选用数字舵机。

实施例5、如图2和图4所示，本实施例是对实施例1、2、3和4任一实施例或组合方案中底座2的进一步限定，不同的是：所述底座2包括底板21、连接环22和连接板23；工具分类存储盒1的底部通过底盘固定在轴承14的内圈上，所述舵机的输出端与底盘连接，所述舵机的外壳安装在连接板23上，连接板23与底板21连接，轴承14的外圈由两个连接环22夹紧，两个连接环22与连接板23连接。利用一个轴承14将底座部件分为旋转部分和固定部分。轴承14内圈由工具分类存储盒1底部与一块相同尺寸大小的底盘通过螺栓连接压紧，该底盘与底板21上方的连接板23一同将舵机固定。轴承14的外圈由两个同心连接环22将其压紧，并与底板21通过螺柱连接。由于单个电机52成本较高，因此，设计该工具箱为两个可驱动的车轮2、外加万向轮15作为从动的运动机构。两个车轮2(由电机52驱动)差速实现工具箱的左转或者右转。如图3所示，底板21前端与用来装载超声波传感器9、视觉传感器10、语音识别传感器11、激光测距传感器12和微动开关13的支架17相连。

实施例6、如图1-图3所示，本实施例是对前述实施例1-实施例5的任意一个实施例或组合方案中工具分类存储盒1的限定，与前述实施例不同的是：所述工具分类存储盒1为双层结构，每层划分为存储不同规格工具的四分室。工具分类存储盒1主要是用来存放各种工具。作为一个示例：针对零件具有不同的规格，将该工具分类存储盒1设置成二层结构：第一层用来存放规格小的零件，第二层用来存放规格较大的零件。考虑成本和重量的限制，所设计的工具分类存储盒1每一层为四分栏室，即允许使用者一共存放4种类别的工具(8种规格)。工具分类存储盒1顶端为一个圆形平面，可作为工具台使用。可选地，整个工具分类存储盒1可为一个圆柱形箱体结构，底面封闭并打有通孔，通过螺栓与底座2(或底板21)连接。

实施例7、本实施例基于前述具体实施方式及实施例1-实施例6进一步提出如下示例：基于本方案的的多种传感器和多种运动控制，需要大量的I/O接口，可选地，主控模块6分为第一主控模块61和第二主控模块62；

第一主控模块61和第二主控模块62分别采用Arduino MEGA2560单片机作为主控板；用作为第一主控模块61的主控板来控制舵机的旋转角度从而控制工具分类存储盒1的旋转，用作为第二主控模块62的主控板来控制电机52从而控制工具箱整体的移动，将语音功能和其他功能区分开来，使控制程序具有并行处理能力。

作为一个示例：如图6所示，采用多电源分别供电的方式，使供电更加稳定，各模块都能工作在额定功率下。总电源7分为电池71和充电宝72；采用一块12v的锂电池经过四路稳压板16分别输出12v为电机驱动板51供电、7v为舵机和5v为第一主控模块61(ArduinoMEGA2560单片机)供电，通过第二主控模块62的5v电压输出引脚为语音识别传感器11、激光测距传感器12和超声波传感器9供电。由于视觉传感器10需要十分稳定的电压和电流，因此选用了一个10000mA的充电宝72为视觉传感器10和第二主控模块62(Arduino MEGA2560单片机)供电。

可选地，语音识别传感器11主体可选用非特定人声识别的语音识别模块LD3320；是现有技术，只需改动里面的识别的关键词语列表以及实现它和Arduino MEGA2560单片机的通讯。语音识别传感器11通过串行通讯口与Arduino MEGA2560单片机进行通信。每个语音命令识别成功后，传感器将向Arduino MEGA2560单片机发送特定字符，以实现特定的控制功能。所有语音命令均已成功测试。

可选地，视觉传感器10选用OpenMV4，内置STM32处理器；利用视觉传感器的色块识别功能和光学测距功能来实现工具箱实时跟踪目标的功能。为此，设置目标的颜色阈值，然后视觉传感器10通过处理摄像头拍摄到的图像，寻找出视野范围内的最大色块作为目标，并将目标用白色的矩形框出，将目标中心在视野中的像素位置数据和目标的距离数据输出给Arduino MEGA2560单片机，完成目标检测。

可选地，超声波传感器9可选用US-100传感器；通过计算发射与接收声波的时间差来计算发射点到障碍物的实际距离。

可选地，激光测距传感器12可选用GY-53L1传感器，通过计算发射与接收激光的时间差来计算发射点到障碍物的实际距离的。如图4和图5所示，激光测距传感器12可在底板21的前端镜像布置。

视觉传感器10、超声波传感器9和激光测距传感器12三者检测环境数据，并由Arduino MEGA2560单片机采集三个传感器传递的数据，完成工具箱追随和避障检测。

可选地，舵机采用扭矩为20kg·cm、旋转范围为300°的数字舵机。

可选地，电机52选用DC12.0V、减速比1:50、额定转矩0.8N·m的减速电机。向电机52的电机驱动板51的使能引脚输入PWM波，来控制工具箱整体运动的速度。改变占空比的大小便可以调节工具箱速度的快慢。这种驱动方式中，工具箱共包含4种运动状态，即前进、后退、左转和右转。

可选地，为保证工具箱稳定可靠运行，能驱动的车轮3的数量为两个以上，通常成对使用。采用2个车轮3时，可在底座2前端下部设置一个万向轮15，使得万向轮15和两个车轮3构成稳定的三角结构。

上述给出的可选示例，可以任意组合扩展为多个实施方案。

在另一个具体实施方式中，还提供一种智能跟随工具箱的工作方法，如图7和图8所示，具体为：使用者在小腿上绑定红色标记物，通过语音“开始”指令控制开启工具箱运动，语音识别传感器11检测到语音“开始”指令后，将信号传递给第二主控模块62，此时，超声波传感器9、视觉传感器10和激光测距传感器12启动检测工作，视觉传感器寻找红色标记物，通过测得的距离和目标位置横坐标的像素值，对电机驱动板51的对应管脚电平进行控制，从而实现电机52的正反转带动车轮3正反运动，来实现工具箱的前进、后退、左转和右转，从而自动跟随目标运动，当在跟随过程中前方出现障碍物，通过超声波传感器9和激光测距传感器12测得的数据进行判断障碍物的位置，根据障碍物出现的位置采取相应的避障策略，以超声波传感器9和激光测距传感器12测得的数据作为反馈控制电机52运动，来实现避障动作；

当使用者达到维修位置时，随着工具箱的跟随运动，通过超声波传感器9或者视觉传感器10测得的距离与设定的最小阈值比较，若检测值小于最小阈值工具箱自动停止，否则继续跟随运动，重复上述比较，直至工具箱停止运动，或者通过语音“停止”指令控制工具箱的结束运动；或者按下微动开关使各个传感器功能停止；

工具箱在停止状态下，通过语音“前进或后退或左转或右转”指令来控制工具箱的微移动，语音识别传感器11检测到该语音指令后，将信号传递给第二主控模块62，驱动电机驱动板51的对应管脚电平，控制电机52的正反转，带动车轮3正反运动，来实现工具箱的前进、后退、左转和右转，最终实现工具箱在小范围内移动；

在确定好工具箱的位置后，通过语音来控制，语音识别传感器11收到语音工具指令后，将信号传递给第一主控模块61，第一主控模块61控制舵机旋转对应角度，从而将对应工具所在的分栏室旋转到工具箱的前方，方便使用者拿取，如此反复，完成对工具的快速取用。

在工具箱跟随和避障的过程中，或者停止状态下，任何时间都可以对工具箱的工具分类存储盒1进行旋转控制，可通过语音指令来控制。

实施例8、本实施例是对上述另一个具体实施方式的进一步限定，不同的是：所述第一主控模块61和第二主控模块62为单片机，所述语音指令控制是通过语音识别传感器11检测到某一语言指令，通过串口给相应的单片机发送对应的字符，相应的单片机接收到该字符时，立即控制与单片机连接的电机或舵机，执行相应的动作；

快速取用工具时，每个工具指令对应一个字符，每个字符对应一个舵机的旋转角度，语音识别传感器11检测到某个工具指令之后，通过串口给单片机发送相应的字符，单片机接收到该字符时，控制舵机旋转对应角度。

实施例9、本实施例以一个具体示例说明工作方法，如图6所示，本实施例中，车轮3为2个设置在底座2或底板21的后端下部，在底座2或底板21前端下部设置一个万向轮15，确保工具箱整体稳定；采用多电源分别供电的方式，使供电更加稳定，各模块都能工作在额定功率下，将总电源7分为电池71和充电宝72；采用一块12v的锂电池经过四路稳压板16分别输出12v为电机驱动板51供电、7v为舵机和5v为第一主控模块61(第一个Arduino MEGA2560单片机)供电，通过第二主控模块62的5v电压输出引脚为语音识别传感器11、激光测距传感器12和超声波传感器9供电。由于视觉传感器10需要十分稳定的电压和电流，选用一个10000mA的充电宝72为视觉传感器10和第二主控模块62(第二个Arduino MEGA2560单片机)供电。

其中，语音识别传感器11采用非特定人声识别的语音识别模块LD3320；是现有技术，只需改动里面的识别的关键词语列表以及实现它和Arduino MEGA2560单片机的通讯，语音识别传感器11通过串行通讯口与Arduino MEGA2560单片机进行通信。每个语音命令识别成功后，语音识别传感器11将向Arduino MEGA2560单片机发送特定字符，以实现特定的控制功能。视觉传感器10选用OpenMV4，内置STM32处理器，利用用视觉传感器的色块识别功能和光学测距功能来实现小车实时跟踪目标的功能。设置了目标的颜色阈值，然后视觉传感器10通过处理摄像头拍摄到的图像，寻找出视野范围内的最大色块作为目标，并将目标用白色的矩形框出，将目标中心在视野中的像素位置数据和目标的距离数据输出给Arduino MEGA2560单片机，完成目标检测。

其中，超声波传感器9采用US-100传感器，激光测距传感器12可选用GY-53L1传感器，均通过计算发射与接收声波或激光的时间差来计算发射点到障碍物的实际距离的。如图4和图5所示，激光测距传感器12在底板21的前端镜像布置2件。视觉传感器10、超声波传感器9和激光测距传感器12三者协同作用完成工具追随和避开障碍。舵机采用扭矩为20kg·cm、旋转范围为300°的数字舵机。电机52选用DC12.0V、减速比1:50、额定转矩0.8N·m的减速电机，向电机52的电机驱动板51的使能引脚输入PWM波，来控制工具箱整体运动的速度。改变占空比的大小便可以调节工具箱速度的快慢。工具箱可完成前进、后退、左转和右转运动状态。

结合图7和图8所示，基于上述元器件构造的工具箱的工作方法是：使用者在小腿上绑定红色标记物，通过语音“开始”指令控制开启工具箱运动，LD3320语音识别传感器11检测到语音“开始”指令后，将信号传递给第二个Arduino MEGA2560单片机，此时，US-100超声波传感器、OpenMV4视觉传感器和GY-53L1激光测距传感器启动检测工作，视觉传感器寻找红色标记物，通过测得的距离和目标位置横坐标的像素值，对电机驱动板51的对应管脚电平进行控制，从而实现电机52的正反转带动车轮3正反运动，来实现工具箱整体的前进、后退、左转和右转，从而自动跟随目标运动，当在跟随过程中前方出现障碍物，通过US-100超声波传感器和镜像的2个GY-53L1激光测距传感器12测得的数据进行判断障碍物的位置，根据障碍物出现的位置采取相应的避障策略，以US-100超声波传感器9和2个GY-53L1激光测距传感器12测得的数据作为反馈输入给第二个Arduino MEGA2560单片机控制电机52运动，来实现避障动作；

当使用者达到维修位置时，随着工具箱的跟随运动，通过US-100超声波传感器或OpenMV4视觉传感器测得的距离与设定的最小阈值比较，若检测值小于最小阈值工具箱自动停止，否则继续跟随运动，重复上述比较，直至工具箱停止运动，或者通过语音“停止或暂停”指令控制工具箱的结束运动，LD3320语音识别传感器检测到“停止”指令后，通过串口给第二个MEGA2560单片机发送特定字符，第二个MEGA2560单片机接收到该字符时，立即停止各个传感器功能使工具箱停止运动，或者按下微动开关13也可以使各个传感器功能停止。

工具箱在停止状态下，通过语音“前进或后退或左转或右转”指令来控制工具箱的微移动，“前进或后退或左转或右转”这四个指令各自对应一个特定的字符，当LD3320语音识别传感器检测到上述某一指令后，会通过串口给第二个MEGA2560单片机发送对应的字符，第二个MEGA2560单片机接收到该字符时，立即驱动与第二个MEGA2560单片机相连的电机驱动板51的管脚电平，控制电机52的正反转，带动车轮3正反运动，来实现工具箱的前进、后退、左转或右转，最终实现工具箱在小范围内移动，设定时间为2s；这种情况适合在需要小范围内调整工具箱位置或者方向的情况下，例如要将工具箱掉头时无需手动搬运它，节省体力。

每个工具指令“剪刀/螺丝/卷尺/胶水/返回”对应一个字符，每个字符对应一个舵机的旋转角度0°，90°，180°，270°，0°，在确定好工具箱的位置后，通过语音来控制，LD3320语音识别传感器收到上述某一个工具指令后，将信号传递给第一个MEGA2560单片机，会通过串口给第一个MEGA2560单片机发送特定字符，第一个MEGA2560单片机接收到该字符时，控制舵机旋转对应角度，工具分类存储盒1转动，从而将对应工具所在的分栏室旋转到前方，方便使用者拿取，如此反复，完成对工具的快速取用。

本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可以利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例，均仍属本发明技术方案范围。

Claims (9)

1.一种智能跟随工具箱，其特征在于：它包括工具分类存储盒(1)、底座(2)、车轮(3)、感应模块、工具盒驱动模块(4)、车轮驱动模块(5)、主控模块(6)和总电源(7)；所述感应模块包括超声波传感器(9)、视觉传感器(10)、语音识别传感器(11)和激光测距传感器(12)；所述工具分类存储盒(1)转动设置在所述底座(2)上，所述底座(2)的底部安装有所述两个以上的车轮(3)；所述工具盒驱动模块(4)、所述车轮驱动模块(5)、所述感应模块、所述主控模块(6)和总电源(7)均设置在底座(2)上；所述超声波传感器(9)、所述视觉传感器(10)、所述语音识别传感器(11)和所述激光测距传感器(12)分别与主控模块(6)电连接，所述总电源(7)给所述工具盒驱动模块(4)、所述车轮驱动模块(5)、所述主控模块(6)供电；所述车轮驱动模块(5)接收主控模块(6)的信号控制车轮(3)的运动状态进而控制工具箱自动跟踪和避障；所述工具盒驱动模块(4)接收主控模块(6)的信号控制工具分类存储盒(1)旋转进而实现使用者快速取放分类的工具。

2.根据权利要求1所述一种智能跟随工具箱，其特征在于：所述主控模块(6)包括第一主控模块(61)和第二主控模块(62)；所述超声波传感器(9)、所述视觉传感器(10)、所述语音识别传感器(11)和所述激光测距传感器(12)分别与第二主控模块(62)电连接；

所述车轮驱动模块(5)接收第二主控模块(62)的信号控制车轮(3)的运动状态进而控制工具箱自动跟踪和避障；所述语音识别传感器(11)还与第一主控模块(61)电连接，所述工具盒驱动模块(4)接收第一主控模块(61)的信号控制工具分类存储盒(1)旋转进而实现使用者快速取放分类的工具。

3.根据权利要求2所述一种智能跟随工具箱，其特征在于：所述车轮驱动模块(5)包括电机驱动板(51)和电机(52)；第二主控模块(62)和电机(52)分别与电机驱动板(51)分别电连接，每个所述车轮(2)由电机(52)驱动，电机驱动板(51)接收第二主控模块(62)的信号控制电机(52)的工作状态进而控制车轮(2)的运动状态。

4.根据权利要求3所述一种智能跟随工具箱，其特征在于：所述智能跟随工具箱还包括用于工作急停的微动开关(13)，所述微动开关(13)设置在底座(2)上，所述微动开关(13)与第二主控模块(62)电连接。

5.根据权利要求4所述一种智能跟随工具箱，其特征在于：所述工具盒驱动模块(4)为舵机，舵机的输出端与工具分类存储盒(1)的底部连接。

6.根据权利要求5所述一种智能跟随工具箱，其特征在于：所述底座(2)包括底板(21)、连接环(22)和连接板(23)；工具分类存储盒(1)的底部通过底盘固定在轴承(14)的内圈上，所述舵机的输出端与底盘连接，所述舵机的外壳安装在连接板(23)上，连接板(23)与底板(21)连接，轴承(14)的外圈由两个连接环(22)夹紧，两个连接环(22)与连接板(23)连接。

7.根据权利要求1或2所述一种智能跟随工具箱，其特征在于：所述工具分类存储盒(1)为双层结构，每层划分为存储不同规格工具的四分室。

8.一种如权利要求4所述的智能跟随工具箱的工作方法，其特征在于：

使用者在小腿上绑定红色标记物，通过语音“开始”指令控制开启工具箱运动，语音识别传感器(11)检测到语音“开始”指令后，将信号传递给第二主控模块(62)，此时，超声波传感器(9)、视觉传感器(10)和激光测距传感器(12)启动检测工作，视觉传感器寻找红色标记物，通过测得的距离和目标位置横坐标的像素值，对电机驱动板(51)的对应管脚电平进行控制，从而实现电机(52)的正反转带动车轮(3)正反运动，来实现工具箱的前进、后退、左转和右转，从而自动跟随目标运动，当在跟随过程中前方出现障碍物，通过超声波传感器(9)和激光测距传感器(12)测得的数据进行判断障碍物的位置，根据障碍物出现的位置采取相应的避障策略，以超声波传感器(9)和激光测距传感器(12)测得的数据作为反馈控制电机(52)运动，来实现避障动作；

当使用者达到维修位置时，随着工具箱的跟随运动，通过超声波传感器9或者视觉传感器10测得的距离与设定的最小阈值比较，若检测值小于最小阈值工具箱自动停止，否则继续跟随运动，重复上述比较，直至工具箱停止运动，或者通过语音“停止或暂停”指令控制工具箱的结束运动；或者按下微动开关使各个传感器功能停止；

工具箱在停止状态下，通过语音“前进或后退或左转或右转”指令来控制工具箱的微移动，语音识别传感器(11)检测到该语音指令后，将信号传递给第二主控模块(62)，驱动电机驱动板(51)的对应管脚电平，控制电机(52)的正反转，带动车轮(3)正反运动，来实现工具箱的前进、后退、左转或者右转，最终实现工具箱在小范围内移动；

在确定好工具箱的位置后，通过语音来控制，语音识别传感器(11)收到语音工具指令后，将信号传递给第一主控模块(61)，第一主控模块(61)控制舵机旋转对应角度，从而将对应工具所在的分栏室旋转到工具箱的前方，如此反复，完成对工具的快速取用。

9.根据权利要求8所述一种智能跟随工具箱的工作方法，其特征在于：所述第一主控模块(61)和第二主控模块(62)为单片机，所述语音指令控制是通过语音识别传感器(11)检测到某一语言指令，通过串口给相应的单片机发送对应的字符，相应的单片机接收到该字符时，立即控制与单片机连接的电机或舵机，执行相应的动作；

快速取用工具时，每个工具指令对应一个字符，每个字符对应一个舵机的旋转角度，语音识别传感器(11)检测到某个工具指令之后，通过串口给单片机发送相应的字符，单片机接收到该字符时，控制舵机旋转对应角度。

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