一種自動(dòng)跟隨嬰兒車的設(shè)計(jì)

　　摘要:隨著家庭智能化程度越來越高，為我們帶來的便利也越來越多。 “智能帶娃”成為不少的夢(mèng)想，專為照顧嬰兒所用的智能設(shè)備則應(yīng)運(yùn)而生。該智能跟隨嬰兒車不但有很好的舒適性和環(huán)境適應(yīng)性，并且對(duì)嬰兒還能進(jìn)行全方面的智能監(jiān)測(cè)身體狀況，最重要的是還能讓父母在一定程度上解放雙手，實(shí)現(xiàn)一邊做自己喜歡的事，一邊帶孩子，及時(shí)通過LCD屏幕的數(shù)據(jù)顯示更加直觀的了解嬰兒的狀況。

　　關(guān)鍵詞：UWB，自動(dòng)跟隨，尿濕檢測(cè)，體溫監(jiān)測(cè)

　　1.引言

　　隨著經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)嬰兒的看護(hù)技術(shù)越來越重視，嬰兒車已成為必不可少的看護(hù)嬰兒的工具之一。但是，現(xiàn)有嬰兒車一般需要推車人主動(dòng)操作才能達(dá)到駐車的目的，當(dāng)推車 人嫌麻煩或是不留神沒有踩下腳剎，就有可能發(fā)生溜車和意外。據(jù)美國(guó)《育兒》雜志報(bào)道，在美國(guó)每年超過一萬名嬰兒因?yàn)閶雰很囈馔饬镘嚩�受到傷害。在中�?guó)類似 報(bào)道屢見不鮮。由此可知嬰兒車在安全方面存在一定的缺陷，造成了一些安全事故，其安全功能方面比較被動(dòng)。本設(shè)計(jì)不僅放父母雙手，提高了嬰兒車隨行的安全，呵護(hù)嬰兒安全，為嬰兒的成長(zhǎng)保駕護(hù)航，使其更好的服務(wù)大眾。

　　2.整體機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　2.1動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)方案比較

　　為了使小車運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)且跟隨效果良好，我們采用了麥克納姆輪與編碼減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并且設(shè)計(jì)有減震避震功能，可以使嬰兒車更舒適，麥克納姆輪適合控制運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，可以實(shí)現(xiàn)全向移動(dòng)，自動(dòng)跟隨的效果更好。

　　方案一采用了兩對(duì)普通彈簧避震器，此結(jié)構(gòu)減震效果較好，但是會(huì)使整體結(jié)構(gòu)和重心變高，影響穩(wěn)定性和安全性，并且零件較多，并且依據(jù)現(xiàn)有條件制作困難。

　　方案二采用了 U 型結(jié)構(gòu)，一端通過柱銷連接構(gòu)成一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，另一端通過減震彈簧連接，并且可以通過改變彈簧數(shù)量來增強(qiáng)或減弱避震效果，調(diào)節(jié)方便，并且通過 3D 打印 技術(shù)不難制造和使用。綜合考慮，采用方案二。

　　2.2 車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案比較

　　車架是嬰兒車的主體，需要堅(jiān)固可靠，并且輕便簡(jiǎn)潔，經(jīng)過設(shè)計(jì)構(gòu)想，產(chǎn)生了兩種方案：

　　方案一：平面四桿機(jī)構(gòu)原理結(jié)構(gòu)，此種方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并且使用條件低，易于制 作，也能滿足強(qiáng)度需求。加上電動(dòng)推桿之后可以實(shí)現(xiàn)上升下降，滿足孩子的觀察角度。

　　方案二：六面立體結(jié)構(gòu)，此種方案結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高制作簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零件 數(shù)量多，制造難度高，并且此結(jié)構(gòu)不太美觀�；�于我們的制作條件以及時(shí)間關(guān)系，我們選擇方案一。

　　2.3設(shè)計(jì)結(jié)果

　　底盤采用金屬鋁型材作為框架，采用四個(gè)編碼減速電機(jī)，在底盤框架板中間放置主控制電路以及主板，底盤通過平支架與座椅、電動(dòng)推桿用螺栓連接。

　　3.系統(tǒng)硬件與軟件設(shè)計(jì)

　　智能跟隨嬰兒車是基于STM32單片機(jī)開發(fā)的自動(dòng)跟隨和控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)總體上可分為幾大部分：

　　1：UWB無線模塊：通過高精度無線同步，無線定位算法使得測(cè)距測(cè)向精度更高，運(yùn)行更加可靠。該模塊包括一個(gè)標(biāo)簽，一個(gè)基站，測(cè)距精度高達(dá)±5cm，測(cè)向精度高達(dá)±5°，數(shù)據(jù)刷新頻率高達(dá)200Hz， 其原理為：通過UWB無線通信技術(shù)，計(jì)算出標(biāo)簽到基站之間的飛行時(shí)間，乘以光速后獲得精確的距離，通過基站內(nèi)置的多天線陣列，測(cè)量無線電磁波相位差，進(jìn)而求得相對(duì)角度。

　　2：AMG8833熱成像尿濕檢測(cè)： AMG8833是一種檢測(cè)紅外輻射量的熱電堆型紅外傳感器，其中64個(gè)像素點(diǎn)將測(cè)量0°C至80°C(32°F至176°F)的溫度，精度為+2.5°C(4.5°F)。它能在7米(23)英尺的距離內(nèi)探測(cè)到一個(gè)人，最大幀頻為10Hz。該模塊自帶熱敏電阻，可用于測(cè)量溫度時(shí)的溫度修正。為了讓更加方便直觀的檢測(cè)，可通過模塊獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行一個(gè)熱成像顯示，由于該模塊采集的數(shù)據(jù)只有64個(gè)像素點(diǎn)，所以通過圖像插值算法對(duì)8*8的圖像放大到240*240，并顯示在ips屏幕上，當(dāng)數(shù)據(jù)中某一特定區(qū)域的值高于該區(qū)域周圍的值時(shí)，將會(huì)發(fā)信號(hào)提醒用戶。

　　3：MLX90614體溫檢測(cè)： 該傳感器為非接觸式紅外溫度傳感器，所以測(cè)量獲得的溫度為額溫，額頭溫度和體溫肯定是有一定的差距，通過額溫轉(zhuǎn)體溫算法即可獲得當(dāng)前體溫值。其實(shí)現(xiàn)原理與傳感器內(nèi)部自帶的熱敏電阻相關(guān)，通過環(huán)境溫度以及芯片內(nèi)部溫度做溫度補(bǔ)償，由于在本設(shè)計(jì)中采用定點(diǎn)數(shù)據(jù)采集，所以不考慮距離的溫度補(bǔ)償。

　　4：電機(jī)控制系統(tǒng)：目前采用的電機(jī)控制主要有兩種，第一種是采用直流減速電機(jī)，控制簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，但噪音大，負(fù)載過重時(shí)會(huì)出現(xiàn)速度慢于人正常行走的速度。第二種是利用無刷電機(jī)進(jìn)行矢量控制，其優(yōu)點(diǎn)電機(jī)噪音小，減速制動(dòng)快，效率高等特點(diǎn)，但是其硬件成本和軟件設(shè)計(jì)復(fù)雜度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于直流減速電機(jī)。

　　5.激光測(cè)距模塊：該傳感器TOF 是一種絕對(duì)距離檢測(cè)技術(shù)，即傳感器發(fā)出經(jīng)過調(diào)試的近紅外光，遇物體后反射，傳感器 通過計(jì)算光線發(fā)射和反射時(shí)差或相位差，來?yè)Q算被拍攝景物的距離，以產(chǎn)生深度信息。相比于雙目方案與3D結(jié)構(gòu)光方案，TOF 具有工作距離遠(yuǎn)，適用場(chǎng)景廣，較遠(yuǎn)距離精度高等優(yōu)點(diǎn)。使用此傳感器能夠在一定程度上為嬰兒車提高安全性能。

　　6.自動(dòng)遮陽(yáng)控制：其實(shí)現(xiàn)原理為通過光敏傳感器獲取的數(shù)據(jù)與用戶設(shè)定值比較，來驅(qū)動(dòng)兩個(gè)小型步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)遮陽(yáng)罩的伸縮。

　　7.防丟失自動(dòng)報(bào)警與自動(dòng)剎車：此功能的實(shí)現(xiàn)主要通過判斷標(biāo)簽與基站之間信號(hào)的強(qiáng)弱來實(shí)現(xiàn)，在標(biāo)簽與基站的通訊協(xié)議中，信號(hào)強(qiáng)度可以與距離一同輸出，一般情況下，當(dāng)“rx_rssi - fp_rssi”小于 6dB 時(shí)，很有可能處于 LOS 狀態(tài)，當(dāng)大于 10dB 時(shí)，很有可能處于 NLOS 或多徑狀態(tài)。當(dāng)信號(hào)低于設(shè)定的閾值時(shí)，為保障嬰兒的安全會(huì)實(shí)現(xiàn)緊急制動(dòng)，并給用戶發(fā)出警告提醒。

　　電子論文投稿刊物：《遙感學(xué)報(bào)》結(jié)合中國(guó)遙感事業(yè)不同時(shí)期的重點(diǎn)和需要，刊登了大量國(guó)內(nèi)最新科研成果和國(guó)家重點(diǎn)支持的研究項(xiàng)目的成果論文，對(duì)中國(guó)遙感科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人才培養(yǎng)發(fā)揮了巨大作用，成為目前中國(guó)遙感和地理信息科學(xué)領(lǐng)域最有影響的學(xué)術(shù)期刊。

　　4.結(jié)束語

　　本次設(shè)計(jì)的自動(dòng)跟隨嬰兒車針對(duì)嬰兒的尿濕檢測(cè)溫度成像差的問題做了一定的優(yōu)化，通過圖像的雙線性插值算法使檢測(cè)區(qū)域內(nèi)的溫度值更加細(xì)化，提高了尿濕的檢測(cè)的精度。同時(shí)也在自動(dòng)跟隨方面為適應(yīng)更多的使用場(chǎng)景做了優(yōu)化。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1] 濮良貴,紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì).北京：高等教育出版社.2006

　　[2] 張占新,材料力學(xué).西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社.2005

　　[3] 于永泗,齊民.機(jī)械工程材料.大連：大連理工大學(xué)出版社.2007

　　[4] 張?jiān)龀?李強(qiáng),孫紅雨,樓亮亮.基于地磁傳感器和UWB技術(shù)的停車位車輛檢測(cè)方法與實(shí)現(xiàn) [J]. 傳感技術(shù)學(xué)報(bào). 2019 (12)

　　作者：謝成杰 常高旗 陳志康 陳昭煒 程家宜

轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明來自發(fā)表學(xué)術(shù)論文網(wǎng)：http:///dzlw/26606.html