[發明專利]基于人體動態行為追蹤的智能跟隨機器人系統和方法

在審

• 申請號: 201710077416.7
• 申請日: 2017-02-14
• 公開（公告）號: CN106843215A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 曾丹;梁子軒;李丹丹;張之江;鄭大岳;沈為
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙)31205
• 代理人: 何文欣

1.一種基于人體動態行為追蹤的智能跟隨機器人系統，包括動態行為分析系統（Ⅰ）經無線傳輸系統（Ⅱ）連接運動控制系統（Ⅲ），其特征在于動態行為分析系統（Ⅰ）實時讀取人體行為參數，通過無線傳輸系統（Ⅱ）實時且高效地將人體行為參數傳遞給運動控制系統（Ⅲ），人體行為參數被接收處理轉化為機械參數從而來控制智能跟隨機器人的小車機械運動；

所述動態行為分析系統（Ⅰ）由一個陀螺儀（1）和一個超聲波測距模塊A（2）連接一個STM32單片機（3）構成，陀螺儀（1）需要將感應到的參數傳遞給STM32單片機（3），超聲波測距模塊A（2）需由STM32單片機（3）供電；

所述無線傳輸系統（Ⅱ）由一個藍牙設備A—主機（4）連接一個藍牙設備B—從機（5）構成，藍牙設備A—主機（4）連接動態行為分析系統（Ⅰ）中的STM32單片機（3），主要負責傳送人體動態行為追蹤時獲取的人體行為參數，藍牙設備B—從機（5）連接運動控制系統（Ⅲ）中的一個MK22單片機（6），主要負責接收從藍牙設備A—主機（4）傳遞過來的人體行為參數和發送這些參數給MK22單片機（6）；

所述運動控制系統（Ⅲ）由所述MK22單片機（6）連接一個超聲波測距模塊B（7）、一個前輪舵機（8）和一個后輪電機（9）構成，MK22單片機（6）連接藍牙設備B—從機（5）、超聲波測距模塊B（7）、前輪舵機（8）和后輪電機（9），主要是對其進行供電和接收、處理和發送數據。

2.一種基于人體動態行為追蹤的智能跟隨機器人方法，采用權利要求1所述的基于人體動態行為追蹤的智能跟隨機器人系統進行操作，其特征在于具體的操作步驟如下：

①動態行為分析系統（Ⅰ）和無線傳輸系統（Ⅱ）中的藍牙設備A—主機（4）由人體攜帶，無線傳輸系統（Ⅱ）中的藍牙設備B—從機（5）和運動控制系統（Ⅲ）由智能跟隨機器人小車攜帶；

②動態行為分析系統（Ⅰ）由人體隨身攜帶，當人體有身體轉向變化時，陀螺儀（1）通過感應人體的自由空間移動，獲取到人體轉向的姿態參數，將該參數通過接口傳遞給STM32單片機（3）；

③STM32（3）單片機對陀螺儀（1）接口傳送過來的角度數據進行處理與運算，提取出三維空間中表示人體轉向角度的數據，通過串口數據傳輸通道將此數據傳送給藍牙設備A—主機（4）的接收RX端；藍牙設備A—主機（4）通過藍牙數據傳輸協議將數據傳輸給藍牙設備B—從機（5），藍牙設備B—從機（5）通過發送TX接口將數據傳送給MK22單片機（6），從而完成了人和智能跟隨機器人小車的角度數據實時無線傳輸部分；

④MK22單片機（6）接收數據并進行處理，將其轉換為適合智能跟隨機器人小車狀態改變的機械參數值，再通過接口將人體轉向角度等效值傳遞給前輪舵機（8），從而控制前輪的轉動方向與轉動角度；

⑤智能跟隨機器人小車攜帶的超聲波測距模塊B（7）發送超聲波，當人體攜帶的超聲波測距模塊A（2）接收到信號時會反射回給超聲波測距模塊B（7），超聲波測距模塊B（7）接收信號并產生一個脈沖波通過接口傳遞給MK22單片機（6），MK22單片機（6）處理數據計算出人機距離傳遞給后輪電機（9），從而控制后輪電機（9）的速度大小。

3.根據權利要求2所述的基于人體動態行為追蹤的智能跟隨機器人方法，其特征在于：

①所述人體攜帶的陀螺儀（1）根據人體的動向獲取一系列人體動態行為參數，并傳送給STM32單片機（3）進行數據處理，提取出三維空間中表示人體轉向角度的Z軸變化角度，利用設置標識符的方法拼接字符串，以便之后提取出某個瞬時角度，STM32單片機（3）通過串口數據傳輸通道將此字符串發送給藍牙設備A—主機（4）；

②所述藍牙設備A—主機（4）將拼接好的字符串數據傳遞給藍牙設備B—從機（5），MK22單片機（6）再通過串口數據傳輸通道接收此數據，計算陀螺儀（1）當前角度與上一次角度的差值，判斷是否大于0來決定PWM值的增減，最后利用PWM原理控制前輪舵機（8）的轉動方向和轉動角度。

4.根據權利要求2所述的基于人體動態行為追蹤的智能跟隨機器人方法，其特征在于：

所述智能跟隨機器人小車攜帶的超聲波測距模塊B（7）將接收到的脈沖信號傳送給MK22單片機（6），在該單片機上利用定時器中斷計算出一個高電平脈沖的時間，從而計算出人與智能跟隨機器人小車的距離，使用增量式PID控速算法調節后輪電機的速度以維持一個穩定的狀態；在此部分中對數據進行了均值濾波處理，減少了誤差，提高了數據的精度。