隨著近年來(lái)我國(guó)對(duì)科技創(chuàng)新的重視和智能化的快速發(fā)展,各種新型的科技逐漸被應(yīng)用到大眾生活中,給人們帶來(lái)了便利。現(xiàn)在人們對(duì)行李的拖運(yùn)主要還是靠行李箱,而如果對(duì)行李箱加入智能化,將極大地方便人們的出行。但根據(jù)調(diào)研,目前市場(chǎng)上現(xiàn)有的智能跟隨行李箱都存在機(jī)械結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、控制效果不好、定位精度不夠或價(jià)格過(guò)高等缺陷,本文針對(duì)這些不足之處研究設(shè)計(jì)了智能跟隨行李箱。本文對(duì)智能跟隨行李箱進(jìn)行了總體的設(shè)計(jì),包括機(jī)械部分、控制部分和定位部分。其中,機(jī)械部分設(shè)計(jì)了智能跟隨行李箱的外殼和底盤;控制部分則對(duì)智能跟隨行李箱的主要功能模塊進(jìn)行選型,說(shuō)明其工作原理和主要功能,并介紹了 PID算法和PSO算法的原理,對(duì)PSO算法進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn);定位部分總結(jié)了目前無(wú)線定位中常使用的四種方法,并設(shè)計(jì)了智能跟隨行李箱的主程序,同時(shí)使用了卡爾曼濾波算法對(duì)定位數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,使定位結(jié)果更加穩(wěn)定可靠。同時(shí)設(shè)計(jì)了智能跟隨行李箱的機(jī)械結(jié)構(gòu),對(duì)其整體建立了力學(xué)模型。對(duì)底盤進(jìn)行了力學(xué)仿真,測(cè)試了底盤在承重30 kg情況下的最大形變量和最大應(yīng)力值,結(jié)果滿足設(shè)計(jì)需求。針對(duì)定位部分,本文先后設(shè)計(jì)了超聲波定位方法、視覺(jué)定位方法和UWB定位方法,并對(duì)每種方法均進(jìn)行了具體的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。而前兩種方法在實(shí)際中都存在著較大的缺陷,其中,超聲波定位方法受到超聲波發(fā)射器的角度限制,視覺(jué)定位方法受到相機(jī)視場(chǎng)范圍的限制,均易造成定位目標(biāo)的丟失。因此最終本文采取了 UWB定位方法,并通過(guò)設(shè)計(jì)的定位算法可以計(jì)算得到目標(biāo)的定位距離和角度信息,從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)跟隨功能。最后對(duì)所設(shè)計(jì)智能跟隨行李箱的定位系統(tǒng)進(jìn)行了三個(gè)定位實(shí)驗(yàn)測(cè)試,分別為單基站靜態(tài)定位、雙基站靜態(tài)定位和單基站動(dòng)態(tài)定位實(shí)驗(yàn),并將測(cè)試結(jié)果經(jīng)過(guò)卡爾曼濾波算法處理,實(shí)驗(yàn)表明,UWB方法的定位誤差滿足智能跟隨行李箱的設(shè)計(jì)要求。
【學(xué)位單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TP23;TS959.9
【部分圖文】：

同時(shí)使用激光雷達(dá)技術(shù)，實(shí)時(shí)構(gòu)建三維環(huán)境數(shù)據(jù)，搭載壓力傳感器結(jié)合地面平坦??度算法，適應(yīng)多種路面進(jìn)行平穩(wěn)跟隨，動(dòng)力系統(tǒng)能自動(dòng)根據(jù)箱內(nèi)負(fù)載調(diào)整下壓力??以保持足夠的抓地力。如圖１．１為ＣＯＷＡＲＯＢＯＴ?Ｒ１智能行李箱的產(chǎn)品實(shí)物圖，??該產(chǎn)品最大的缺點(diǎn)就是價(jià)格過(guò)高，因此無(wú)法在市場(chǎng)上普及。??颺丨：??３８０來(lái)來(lái)??圖１．１?ＣＯＷＡＲＯＢＯＴ?Ｒ１智能行李箱??Ｆｉｇ?１．１?ＣＯＷＡＲＯＢＯＴ?Ｒ１?ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ?ｌｕｇｇａｇｅ??目前絕大多數(shù)公司都是使用藍(lán)牙技術(shù)來(lái)使智能行李箱與手機(jī)ＡＰＰ之間保持通??訊，全金屬的智能行李箱機(jī)身還存在著影響天線信號(hào)的缺陷，因此在布線以及整??體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上還需要進(jìn)一步改善。所以現(xiàn)在很多公司都是根據(jù)用戶的具體要求??來(lái)對(duì)自己的產(chǎn)品進(jìn)行改動(dòng)，比如ＡＬＬＯＹ團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在要對(duì)整個(gè)智能行李箱的箱體進(jìn)行??防水和防震的設(shè)計(jì)，從而使智能行李箱的運(yùn)動(dòng)更加穩(wěn)定。綜上所述，目前很多企??業(yè)都是在做智能行李箱的優(yōu)化工作，使產(chǎn)品的使用性更加穩(wěn)定，從而滿足用戶的??要求。??１．２．２室內(nèi)定位技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀??定位技術(shù)是由測(cè)距技術(shù)發(fā)展而來(lái)，通過(guò)測(cè)距再經(jīng)過(guò)計(jì)算就能得到測(cè)試點(diǎn)的三??維坐標(biāo)，除了測(cè)量間距外，也可以測(cè)量角度，或者信號(hào)到達(dá)基準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)間的差值［６】。??當(dāng)前在室內(nèi)的條件下主流的定位方法

??本文智能跟隨行李箱的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖２．１所示。??Ｉ?＾??圖２．１智能跟隨行李箱的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖??Ｆｉｇ?２．１?Ｔｈｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｅｓｉｇｎ?ｏｆ?ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ?ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ?ｌｕｇｇａｇｅ??２．?２行李箱機(jī)械部分??針對(duì)智能跟隨行李箱的機(jī)械部分設(shè)計(jì)，應(yīng)該考慮以下幾點(diǎn)要求：①整個(gè)智能??跟隨行李箱的穩(wěn)定性和可靠性要好；②操作起來(lái)方便，易于使用；③新穎美觀；??④很強(qiáng)的實(shí)用性。這樣的設(shè)計(jì)才能被大眾所喜愛(ài)，容易對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行推廣。同時(shí)考??慮到智能跟隨行李箱在機(jī)場(chǎng)環(huán)境下應(yīng)用非常廣泛，因此智能跟隨行李箱的尺寸應(yīng)??該滿足機(jī)場(chǎng)對(duì)行李的要求，目前我國(guó)機(jī)場(chǎng)對(duì)托運(yùn)行李的尺寸要求為不超過(guò)４０?ｃｍ?Ｘ??６０?ｃｍＸｌＯＯ?ｃｍ，本文所設(shè)計(jì)的智能跟隨行李箱的尺寸為２５?ｃｍＸ３８?ｃｍＸ７２?ｃｍ，??滿足機(jī)場(chǎng)對(duì)托運(yùn)行李的尺寸要求［２２】。??智能跟隨行李箱的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要可以分為兩部分：外殼和底盤。外殼對(duì)內(nèi)部??的行李和電子器件具有保護(hù)作用，因此對(duì)于外殼的要求主要是堅(jiān)固耐用，而且重??量盡量不要太大

??要大一些，這樣可以增強(qiáng)智能跟隨行李箱的越障能力。圖２．２為本文所設(shè)計(jì)智能跟??隨行李箱的外觀實(shí)物圖。?????????圖２．２本文所設(shè)計(jì)智能跟隨行李箱外觀實(shí)物圖??Ｆｉｇ?２．２?Ｔｈｅ?ｐｈｏｔｏ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｄｅｓｉｇｎｅｄ?ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ?ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ?ｌｕｇｇａｇｅ??２．?３行李箱控制部分??２．?３．１功能模塊設(shè)計(jì)??為了實(shí)現(xiàn)對(duì)智能跟隨行李箱的精確控制，需要各個(gè)功能模塊的配合使用。本??文所實(shí)現(xiàn)的主體功能是智能跟隨行李箱對(duì)標(biāo)簽的跟隨，其中，標(biāo)簽由ＵＷＢ模塊、??ＳＴＭ３２、撥碼開(kāi)關(guān)和鋰電池構(gòu)成，智能跟隨行李箱所使用的模塊有：控制模塊、??電源管理模塊、避障模塊、射頻模塊、ＧＰＳ定位模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、藍(lán)牙模塊??和蜂鳴器等，各個(gè)模塊的具體功能和選型將在下文一一介紹。??功能模塊的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖２．３所示。標(biāo)簽的ＵＷＢ模塊發(fā)送ＵＷＢ無(wú)線信??號(hào)，并由智能跟隨行李箱上的射頻模塊接收該信號(hào)，通過(guò)信號(hào)傳輸?shù)臅r(shí)間，能夠??計(jì)算出標(biāo)簽到兩個(gè)射頻模塊的距離值。兩個(gè)射頻模塊的間距為３３?ｃｍ并保持不變，??由海倫公式結(jié)合三角形面積相等原理可以計(jì)算出標(biāo)簽到智能跟隨行李箱的近似水??平距離。該距離值傳輸給智能跟隨行李箱上的控制模塊，在控制模塊中經(jīng)由ＰＳＯ??算法完成最優(yōu)路徑規(guī)劃
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