CN207123758U - 一种智能自动跟随遛儿车 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能自动跟随遛儿车，包括遛儿车体和信标。所述遛儿车体上设置有自动跟随动力系统，所述自动跟随动力系统包含电力模块Ⅰ、控制模块、驱动模块、电机模块和制导模块，所述信标上设置有电力模块Ⅱ、信号处理模块和超声波发射模块。本实用新型通过设置在遛儿车内的自动跟随动力系统以及用户随身佩戴的信标，精准测距定位、灵活避开障碍、灵敏前进转向跟随，从而实现遛儿车的自动跟随功能。

Description

一种智能自动跟随遛儿车

技术领域

本实用新型涉及智能婴儿车技术领域，特别是涉及一种智能自动跟随遛儿车。

背景技术

当下都市生活节奏较快，很多父母忙于工作，没时间与孩子相处。而年幼的孩子多半由祖辈监护，活动范围小，幼年生活单调索然。由此，智能自动跟随遛儿车应运而生，它的智能自动跟随功能可以让孩子在父母的带领下随时随地外出游玩，而且无须时刻看护，父母可以解放双手，同时进行多项任务。如和孩子一起晨跑，一起走路去超市，接电话的同时带孩子四处转转，双手清理路障而无须兼顾婴儿车等。

目前国内外市场上已经出现一些利用不同技术实现的自动跟随婴儿车，且大多采用了蓝牙跟随技术或者图像跟随技术，这些技术的最大缺点就是距离识别精度不够高，误差大，因此婴儿车无法精确地前进和转向，进一步导致婴儿车无法灵敏的跟随人行进，在人前进或者转向时，婴儿车与人的距离无法固定，故实用性非常低，而且价格昂贵、耗电量大。这就会导致一系列的不安全因素，容易造成严重后果。

实用新型内容

本实用新型的目的是解决现有技术的不足，提供一种设置有自动跟随动力系统的智能自动跟随遛儿车，使得智能自动跟随遛儿车测距定位精准、前进转向跟随灵敏、跟随距离精确以及转向灵活，增大其实用性。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是：提供一种智能自动跟随遛儿车，包括遛儿车体及信标；

所述遛儿车体内设置有自动跟随动力系统，所述信标设置于用户臂部或腰部；

所述遛儿车体上设置有电力模块Ⅰ、控制模块、驱动模块、电机模块和制导模块，所述电力模块Ⅰ连接控制模块、驱动模块，所述控制模块连接驱动模块、电机模块、制导模块，所述驱动模块连接电机模块；

所述信标上设置有电力模块Ⅱ、信号处理模块和超声波发射模块，所述电力模块Ⅱ连接信号处理模块，所述信号处理模块连接所述超声波发射模块；

所述电力模块Ⅰ为大容量锂电池，用于为遛儿车体提供电源；

所述驱动模块用于驱动所述电机模块，所述电机模块用于为所述遛儿车体提供动力；所述制导模块用于测量遛儿车体和信标之间的距离和相对位置；所述控制模块根据制导模块的测量结果和遛儿车体的现状利用PID算法控制驱动模块，使得遛儿车体能够跟随信标。

所述制导模块为超声波接收传感器，所述超声波接受传感器用于接收信标发出的超声波信号；所述控制模块在遛儿车体向信标发出无线信号时开始计时，当超声波接收传感器收到信标发出的超声波信号时终止计时，利用空气中的超声波的速度乘以所用时间得到信标与遛儿车体之间的距离。

本实用新型进一步设置为，所述超声波接收传感器有三个，分别安置在所述遛儿车体前端的左右两侧以及后侧的中央位置；所述控制模块根据三个超声波传感器与信标的距离判断出遛儿车体与信标之间的相对位置。

所述遛儿车体的现状包括遛儿车体当前的速度、遛儿车体的负重和遛儿车体当前所处的路况。

本实用新型进一步设置为，所述遛儿车体周围还设置有避障模块，所述避障模块用于测量周围物体与遛儿车体之间的相对距离。

所述电力模块Ⅱ为超薄微型锂电池，用于为所述信标提供电源。

所述信号处理模块用于接收所述遛儿车体发出的无线信号，并在收到无线信号后控制所述超声波发射模块发出信号使得所述遛儿车体的制导模块能够根据收到的信号测量遛儿车体和信标之间的距离和相对位置。

本实用新型进一步设置为，所述信号处理模块为超低功耗超微型计算芯片。

本实用新型进一步设置为，所述超声波发射模块为超声波发射器。

本实用新型进一步设置为，所述信标腰带为可拆卸装置，与臂带可互相转换。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本实用新型与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：利用超声波传感器实现遛儿车体和信标之间的测距，产生的误差非常小，从而实现测距定位精准的目的；提升了负载能力，动态调速，负载不同也能保持相同速度，稳定性更强；车体设置有避障模块，可以检测车体周围物体，及时避开障碍物，防止碰撞，增大安全性。

本实用新型根据三个超声波传感器中的距离偏差计算人体与遛儿车体中轴线的偏差角度，从而控制遛儿车体的转向角度。

本实用新型的动力结构采用了PID动态调节算法，可以根据遛儿车体目前的速度、遛儿车体与人的距离、遛儿车体的负重以及遛儿车体所处的路况等情况进行智能调节。

本实用新型的避障模块可以测量周围物体与遛儿车体之间的相对距离，当自动跟随动力系统检测到有物体距离过近时，所述控制模块控制驱动模块使得电机模块进行刹车减速操作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方案或现有技术中的技术方案，下面将对实施方案或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方案，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型中智能自动跟随遛儿车的结构示意图

图2是本实用新型第一实施方式中自动跟随动力系统的结构方框图；

图3是本实用新型第一实施方式中自动跟随动力系统的结构示意图；

图4是本实用新型第二实施方式中臂带或腰带式信标的结构示意图；

图5是本实用新型第二实施方式中自动跟随动力结构系统的硬件方框图；

图6是本实用新型第二实施方式的使用示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本实用新型的第一实施方式涉及一种自动跟随动力系统，如图2 所示，所述自动跟随动力系统中设置有电力模块Ⅰ、控制模块2、驱动模块3、电机模块5、制导模块6和从动轮7；所述电力模块Ⅰ为锂电池4，用于为遛儿车体1提供电源；所述驱动模块用于驱动所述电机模块，所述电机模块用于为所述遛儿车体提供动力；所述制导模块用于测量遛儿车体和信标之间的距离和相对位置；所述控制模块根据制导模块的测量结果和遛儿车体的现状利用PID算法控制驱动模块，使得遛儿车能够跟随信标。值得一提的是，本实用新型中PID算法包括积分运算和微分运算，这些运算是PID算法中的常规算法，本申请未对PID算法进行改进，因此在之后的叙述中并不对PID算法进行详述。

其中，所述制导模块6为超声波接收传感器，所述超声波接收传感器用于接收信标发出的超声波信号；所述控制模块在遛儿车体向信标发出无线信号时开始计时，当超声波接收传感器接收到信标发出的超声波信号时终止计时，利用空气中的超声波的速度乘以所用时间得到信标与遛儿车体之间的距离。

所述超声波接收传感器有三个，分别安置在所述遛儿车体前端的左右两侧以及后侧的中央位置；所述控制模块根据三个超声波传感器与信标的距离判断出遛儿车体与信标之间的相对位置。也就是说，可以在遛儿车体前端和后侧安装有三个超声波接收传感器，能够跟信标上的超声波发射器配合进行测距。三个超声波接收传感器与超声波发射器之间相距一定距离，当人处于遛儿车体中央正前方的时候左右两个超声波接收传感器测得的距离相等，当人向左偏或者向右偏时，左右两个超声波接收传感器测得的距离会有所偏差。根据左右两个超声波接收传感器的距离平均值可以计算所要跟随目标人体与遛儿车体之间的直线距离，用以控制遛儿车体前进的速度和加速度，根据左右两个超声波接收传感器距离的偏差可以计算人体与遛儿车体中轴线的偏差角度，用以控制遛儿车体的转向角度。而后侧的超声波传感器则通过检测与人的相对位置来实现车体掉头。

遛儿车体的前进速度和加速度通过自动跟随动力系统的驱动模块控制电机模块转动实现前进。由于动力结构系统的控制模块采用了智能PID动态调节算法，可以根据遛儿车体目前的速度、与人的距离、负重、所处的路况等情况进行智能调节。智能算法能够对遛儿车体与人之间的距离进行积分计算，当距离逐渐增大时说明遛儿车体与人之间差距越来越大，自动跟随动力系统会对电机模块的电压进行逐渐增加，当遛儿车体与人之间保持一定距离不变时，自动跟随动力系统会控制电机模块的转速，使得遛儿车体的速度与人的速度相同。当人进行加速或者减速操作时，自动跟随动力系统的智能算法能够通过对距离的微分计算分析出人体与遛儿车体间速度的相对变化，从而在人体减速时同步进行减速操作，在人体加速时同步进行加速操作。

由于采用了智能控制算法，当上坡时，自动跟随动力系统能够自动增大电机电压，增强系统的动力，使遛儿车能够跟随人体前进。当下坡时，系统能够通过电机的电磁减速控制自动跟随动力系统，防止速度过快，使车体保持稳定速度。

所述自动跟随动力系统周围还设置有避障模块8，所述避障模块用于测量周围物体与遛儿车体之间的相对距离，当自动跟随动力系统检测到有物体距离过近时，所述控制模块控制驱动模块使得电机模块进行刹车减速操作。避障模块为超声波测距传感器，可以及时避让障碍物，防止碰撞。

本实施方式中的自动跟随动力系统采用模块化设计，电机模块、驱动模块、控制模块、制导模块以及避障模块等都是独立设计与安装，方便进行移植和更换。下面通过一个具体的实施例来进一步说明。

如图3所示，自动跟随动力系统包括智能控制模块2，驱动模块 3，锂电池4，电机模块5分为左电动机501和右电动机502，左从动轮701，右从动轮702，左超声波接收探头601，右超声波接收探头602，后超声波接收探头603，超声波测距探头801、802、803、804、 805。

智能控制模块2、驱动模块3和锂电池4共同位于遛儿车体的中部，左电动机501位于车体的左后部，右电动机502位于车体的右后部，左从动轮701和右从动轮702分别位于车体前方偏左部和偏右部。左超声波接收探头601位于车体左前部，右超声波接收探头602位于车体的右前部，后超声波接收探头603位于车体后方的正中部。超声波测距探头801位于车体正前方，超声波测距探头802位于车体左侧偏前方，超声波测距探头803位于车体右侧偏前方，超声波测距探头 804位于车体后方的偏左侧，超声波测距探头805位于车体后方的偏右侧。

其中，左电动机501和右电动机502选用的是直流无刷有感电机，这种电机负重大，声音小，运行稳定，能够根据轮子所处位置调整供应电流的相位，实现动力输出的稳定性。同时，电机的霍尔传感器能够向系统反馈当前电机的运行状态，控制模块能够根据电机当前的运行速度对电机状态进行及时的反馈调整，同时通过电机运行状态的反馈也能够实现遛儿车体运动角度和线路的精准控制。

驱动模块3为电动机驱动控制板，其采用直流供电，是与直流无刷有感电机配套的动力供应系统，通过芯片能够将电流转换为三相输出，并根据轮子当前所处的位置智能调整电机输出电流。

智能控制模块2采用超低功耗的单片机对整个系统进行智能控制，该模块能够采集各个超声波传感器传来的数字信号，通过精确的及时来计算相应的传感器所测得的距离，并根据相应的关系计算人体的相对位置，再根据智能控制算法计算出控制电机需要的电压，从而实现对电机速度的精准控制。同时利用左右两个电机的速度差别可以实现对车体运动角度的控制。当遇到陡坡时，智能控制模块2能够分析出车子的位置状态只能调节电机的驱动电压，当上坡时能够稳定启动前进，当下坡时能够启动电机刹车让车子停稳不动。

本实用新型的第二实施方式涉及一种自动跟随动力结构系统，包括第一实施方式中的自动跟随动力系统和信标，所述信标包括电力模块Ⅱ、信号处理模块和超声波发射模块，所述电力模块Ⅱ用于为所述信标提供动力；所述信号处理模块用于接收所述遛儿车体发出的无线信号，并在收到无线信号后控制所述超声波发射模块发出信号使得所述自动跟随动力系统的制导模块能够根据收到的信号测量遛儿车体和信标之间的距离和相对位置。其中，所述超声波发射模块为超声波发射传感器。

如图4所示，所述信标可以制成臂带15或腰带14的形式，臂带可通过魔术贴13固定至腰带。所述臂带15包括超声波发射探头901、 902、903、904，智能信号处理模块12和微型锂电池11。其中，智能信号处理模块12和微型锂电池11位于臂带15的中央内部，超声波发射探头901、902、903、904则均匀的分布在臂带15的四周，臂带和腰带均通过魔术贴13固定。图5所示的是本实施方式的硬件方框图。

如图5所示，本实施方式自动跟随动力结构系统的工作流程如下：

臂带是使用者佩戴在胳膊上部的部件，腰带则是使用者佩戴在腰部的部件，二者可通过拆卸组装的方式互相转换。臂带或腰带中的智能信号处理模块12能够接收来自遛儿车体中智能控制模块2所发射的无线电信号，由于无线电在空气中传播速度达到光速，因此该信号从车体到臂带或腰带的时间可以忽略不计，故此信号作为计时起点的基准。智能控制模块2发射信号时开始计时，智能信号处理模块12 接收到无线电信号的同时立即控制超声波发射探头901、902、903、 904向四周360度全方位发射超声波信号。当使用者在车体前方时，左超声波接收探头601和右超声波接收探头602就能接收到超声波信号，当两个探头接收到超声波信号时，智能控制模块2停止计时，根据距离＝空气中超声波速度*时间可以计算出臂带或腰带与左超声波接收探头601和右超声波接收探头602之间的距离。

智能控制模块2根据计算出的信标与左右超声波探头的距离得到使用者与遛儿车体的相对位置。根据臂带或腰带与左超声波接收探头601和右超声波接收探头602之间的距离计算平均值作为使用者与车体之间的直线距离，车体中的智能控制模块2根据该直线距离利用智能PID控制算法，动态调整输出信号大小控制驱动模块3，驱动模块3根据获得的控制信号大小继而控制给左电动机501和右电动机 502的电压大小，继而控制电动机输出动力的大小，继而控制车体的前进速度快慢。左电动机501和右电动机502同时能够发送反馈信号给智能控制模块2，智能控制模块2可以根据反馈信号知道电动机当前的转速，从而计算出车体的时机运动速度，智能控制模块2再根据目前的实际速度利用PID算法控制电动机速度，当实际速度低于目标速度时增大电动机电压让电动机加速，当实际速度高于目标速度时减少电动机电压让电动机减速。

另外，智能控制模块2根据臂带或腰带与左超声波接收探头601 和右超声波接收探头602之间的距离利用三角函数关系计算出使用者与车体之间的角度数值，车体中的智能控制模块2根据该直线距离利用智能PID算法，动态调整控制左右电机的输出信号大小控制驱动模块3，驱动模块3根据获得的控制信号大小继而控制给左电动机501 和右电动机502的电压大小，继而控制电动机输出动力的大小。由于驱动版对左电动机501和右电动机502输出的电压大小不同，实现两个轮子转速不同，继而实现车体运动时的转向。该转向电压是在前行电压基础之上进行升压或者降压操作，故可以在车子在加减速状态或者高速前进状态下实现精准的方向控制。同时智能控制模块2也会根据左电动机501和右电动机502反馈的运动速度信号智能分析车子实际的运行角度，根据实际运行角度和目标运行角度，系统的智能PID 算法能够进行反馈式动态调节，实现车体运行角度的精准控制，与使用者运动角度保持时时相同。

当左超声波接收探头601和右超声波接收探头602两个同时无法接收到来自使用者所佩戴臂带或腰带发射来的超声波信号时，智能控制模块2会开启位于车体后方的后超声波接收探头603的侦听动作，当后超声波接收探头603接收到来自使用者所佩戴臂带或腰带发出的超声波信号时，即表示使用者位于车体后方，此时智能控制模块2 控制左电动机501和右电动机502以相同速度反向转动一定距离，实现车体的原地180度角转向，直至车体正面朝向使用者。

当左超声波接收探头601和右超声波接收探头602任意一个无法接收到来自使用者所佩戴臂带或腰带发射来的超声波信号时，智能控制模块2会智能判断是否是车体与使用者之间有障碍物遮挡或者其他异常情况，此时智能控制模块2会控制左电动机501和右电动机 502停止运行并刹车，同时以无线电波信号形式向使用者臂带或腰带发射特殊报警信息，臂带或腰带中的智能信号处理模块12接收到报警信号会立即以弱小急促的“滴滴”声音形式向使用者发出提示信息。

智能控制模块2会控制超声波测距探头801、802、803、804、 805以循环的方式对周边环境进行超声波测距，当某一个探头发现车体与周围环境物体距离过近时，智能控制模块2会控制左电动机501 和右电动机502停止运行并刹车，同时以无线电波信号形式向使用者臂带或腰带发射特殊报警信息，臂带或腰带中的智能信号处理模块 12接收到报警信号会立即以较强的“哒哒”声音形式向使用者发出提示信息。

由于系统采用了智能PID调节算法，当车体载重变大或者前行遇到阻力时，系统会智能增大电动机电压，让车体能够以正常速度运行，使车体运行速度不会受到载重以及路况的影响。

智能控制模块2中含有陀螺仪传感器，能够测量车身的角度，能够感知车体处于上坡或者下坡，从而运行不同的程序进行控制。当车体处于上下坡时，系统会在车体停止时启动电动机的电磁刹车，保持车体静止不动。当处于上坡时，车体对于左右电动机控制输出的启动电压、前进电压均会增大，保证车体的正常运行。当车体处于下坡时，车子会通过对电动机刹车的控制实现速度控制，保证车体不会过多前进或者运动。

不难发现，上述实施方式采用大容量锂电池作为能源，电池的电量通过设置于把手上的电力显示屏10以数字形式显示。还采用两个电机进行驱动的可移植自动跟随动力系统，该系统分为动力结构和跟随信标两部分。动力结构利用无线信号控制跟随信标发出超声波信号，动力结构上的传感器接收超声波信号，利用时间与声速计算信标与动力结构上三个传感器的距离，从而对使用者定位进行制导，利用微型低功耗控制芯片上的智能PID控制算法对电机进行智能化控制，能够让遛儿车体跟随人的轨迹进行前进转向和后退等多种操作。同时，该遛儿车体还具有遇障刹车报警、下坡自动刹车、丢失报警、智能调速等多种功能，以保障遛儿车智能自动跟随功能的完整性和实用性。

Claims (10)

1.一种智能自动跟随遛儿车，其特征在于，包括遛儿车体和信标；

所述遛儿车体内设置有自动跟随动力系统，所述信标设置于用户臂部或腰部；

所述遛儿车体上设置有电力模块Ⅰ、控制模块、驱动模块、电机模块和制导模块；

所述电力模块Ⅰ连接控制模块、驱动模块；

所述控制模块连接驱动模块、电机模块、制导模块；

所述驱动模块连接电机模块；

所述驱动模块用于驱动所述电机模块，所述电机模块用于为所述遛儿车体提供动力；所述制导模块用于测量遛儿车体和信标之间的距离和相对位置；所述控制模块根据制导模块的测量结果和遛儿车体的现状利用PID算法控制驱动模块，使得遛儿车体能够跟随信标；

所述信标上设置有电力模块Ⅱ、信号处理模块和超声波发射模块；

所述电力模块Ⅱ连接信号处理模块；

所述信号处理模块连接所述超声波发射模块；

所述信号处理模块用于接收所述遛儿车体发出的无线信号，并在收到无线信号后控制所述超声波发射模块发出信号，使得所述自动跟随动力系统的制导模块能够根据收到的信号测量遛儿车体和信标之间的距离和相对位置。

2.根据权利要求1所述的一种智能自动跟随遛儿车，其特征在于，所述电力模块Ⅰ为大容量锂电池，用于为遛儿车体提供电源。

3.根据权利要求1所述的一种智能自动跟随遛儿车，其特征在于，所述制导模块为超声波接收传感器，所述超声波接受传感器用于接收信标发出的超声波信号；所述控制模块在遛儿车体向信标发出无线信号时开始计时，当超声波接收传感器收到信标发出的超声波信号时终止计时，利用空气中的超声波的速度乘以所用时间得到信标与遛儿车体之间的距离。

4.根据权利要求3所述的一种智能自动跟随遛儿车，其特征在于，所述超声波接收传感器有三个，分别安置在所述遛儿车体前端的左右两侧以及后侧的中央位置；所述控制模块根据三个超声波传感器与信标的距离判断出遛儿车体与信标之间的相对位置。

5.根据权利要求1所述的一种智能自动跟随遛儿车，其特征在于，所述驱动模块向所述控制模块反馈信号，所述控制模块根据PID算法处理信号，得到所述遛儿车体的现状，所述遛儿车体的现状包括遛儿车体当前的速度、遛儿车体的负重和遛儿车体当前所处的路况。

6.根据权利要求1所述的一种智能自动跟随遛儿车，其特征在于，所述遛儿车体周围还设置有避障模块，所述避障模块用于测量周围物体与遛儿车体之间的相对距离。

7.根据权利要求1所述的一种智能自动跟随遛儿车，其特征在于，所述电力模块Ⅱ为超薄微型锂电池，用于为所述信标提供电源。

8.根据权利要求1所述的一种智能自动跟随遛儿车，其特征在于，所述信号处理模块为超低功耗超微型计算芯片。

9.根据权利要求1所述的一种智能自动跟随遛儿车，其特征在于，所述超声波发射模块为超声波发射器。

10.根据权利要求1所述的一种智能自动跟随遛儿车，其特征在于，所述信标臂带可单独使用，也可安装于所述信标腰带上使用。