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设计并实现自动跟随包
摘要—当今旅行中使用的行李箱是手动驱动的，这会消耗大量的人力并且没有安全功能。自动行李跟随器将减少乘客的体力劳动并提供安全功能。目的是开发一种行李箱，即能够穿越障碍物并成功跟随其使用者的机器人。对于人体检测，使用超声波传感器，这也有助于距离测量。为了安全起见，使用了GSM和GPS用来帮助对自动行李箱的定位，以防止它丢失。树莓派用于集成项目中使用的所有电子组件。自动行李箱还可以支持移动充电，并且可以利用太阳能来获取电力。
关键词—自动行李箱，障碍物检测，GSM，GPS，干电池，PIC，树莓派
Ⅰ. 介绍
当今世界使用的行李包是手动驱动的，带来了诸如消耗人力，不配备自动乘客干预等最先进安全功能的问题，这种情况将减少到最低限度，因为行李管理系统将减少延迟时间和人力。在当今时代，每个人都带着行李箱旅行，尤其是去机场，几乎所有人都在拖着沉重的行李箱。每位乘客都必须自己携带行李，由于行李的沉重性质，大多数情况下这是非常缓慢且累人的过程，旅途也变得不愉快。自动跟随行李箱可以解决此问题。由于其自动化，它也可以称为智能行李箱。超声波传感器用于乘客检测以及距离测量。行李的移动是通过轮子控制的，而轮子又由树莓派控制。GSM和GPS用于安全目的，以帮助在行李箱丢失时对其进行追踪。发送一条消息激活GPS，然后使用GSM发送行李箱的位置。行李箱与乘客之间的最小距离必须被保持，这就需要借助树莓派完成。
Ⅱ. 项目的重要性
行李箱是旅行的重要组成部分，而大多数情况下旅行行李箱又重又必须携带。如果不好好看管它，行李有时也会成为问题。这个项目可以帮助克服这种问题。
该行李箱可以使用太阳能而不是电池来供电，并且可以支持移动充电。
GSM和GPS将提供防盗安全性。
Ⅲ. 方法使用
人体检测将在超声波传感器的帮助下完成。超声波传感器也有助于距离测量。通过使用GPS和GSM确保自动行李箱的安全性。使用的所有组件均通过微控制器进行控制和集成。
Ⅳ. 技术术语使用
A. 目标检测：
检测是找到每个用户位置的方法。声传感器是目标检测的关键部件。超声波检测器通过发送超声波来测量活动距离。它支持频率超过人类可感知范围的声波特性。传感器内部有2个主要组件，一个是发射声波的发射器，另一个是接收回声的接收器。发射器将电压转换为声能，接收器的一半接收回声，并将接收到的回声和接收到的声波转换为电压，并且该机制可以根据检测到的人的存在向前，向右或向左移动。操作背后的基本原理是，无声的发射器向一个方向发射声波，一旦它发射出声波并在空气中展开，就开始时间计时；一旦声波在扩散时遇到了障碍物，声波就会直接反弹。最后，一旦声波接收器接收到镜像波，它将停止时间计时。由于在空气中声波的传播速度是340m/s，计时器计时为t。我们能够计算出障碍物和发射器之间的距离，
s = 340t / 2
这被认为是根据时间差测距原理。这被称为时差测距原理。
B. 树莓派：
树莓派是该项目的微控制器，并将连接到所有其他传感器。它是一种低成本的信用卡大小的设备，可连接到计算机显示器或电视，并使用常规的鼠标和键盘。这是一种小型设备，可以让所有年龄段的人探索编程，并学习如何使用Scratch和Python等语言进行编程。插入板子插槽中的SD卡充当树莓派的硬盘驱动器。它由USB操作，您可以将视频输出连接到常规RCA电视机，更现代的显示器，甚至是使用HDMI端口的电视机。树莓派已经进入了计算机爱好者的市场，但对于其他业务和个人使用也非常强大。极低的功耗，小尺寸，无噪声，固态存储和其他特性使其成为轻薄型服务器的一个有吸引力的解决方案。
C. GPS：
全球定位系统是由最少二十四颗卫星创建的空基平方测量无线电导航系统的所有系统之一。 然而，这并不是一个仅具有地理位置的世界导航卫星系统，它还具有到GPS接收器的时间信息，无论其在世界上或附近的任何地方，只要有四个或更多GPS卫星的视线畅通无阻即可。如果我们想计算二维位置（纬度和经度）和轨道运动，则GPS接收机应固定在至少三颗卫星的信号上。GPS系统不需要用户传输任何信息，它可以独立地运行任何电信或网络接收，尽管这些技术将提高GPS定位信息的质量。
D. 直流马达：
直流电动机是将电能电压转换为机械能的旋转电机中的一种。这最常见的种类对磁场产生的力很有信心。直流电动机的速度通常是通过改变其可用电压来控制的，或者通过在其线圈中对其进行动态控制。电路使用带有齿轮箱的百分之百十二伏直流电动机，带内孔的直径6mm轴，一百二十五重量单位重量，失速力矩=1.5Kg/cm，空载电流= 60 mA（最大），载货电流=300mA（最大）。对于美国来说，这是一个很难实现的部分，因为用户的原因，这个公式最终会导致刚性自动机体跟踪相关的发射器支架。因为超声波传感元件的实际用处只是准备提供用户在该情况下的空间，而不是用户的准确位置。
E. GSM模块：
GSM或全球移动通信系统是移动电话系统的无线通信标准。SIM卡放在GSM模块上，这将有助于跟踪行李箱。发送一条消息，激活GPS模块，就可以跟踪位置。它是一种基于TDMA（时分多址）的网络技术。该数字系统能够承载64kbps至120Mbps的数据速率。GSM的一个关键特征是用户识别模块，通常称为SIM卡。它在850MHz，900MHz，1800MHz和1900MHz频段上运行。
F. 蓝牙模块：
蓝牙有助于收集所有数据，并始终保持与自动行李箱的连接。蓝牙需要一个电子组件系统来在用户界面上接收，处理，传输和显示收集的数据。
G. 计划图
Ⅴ. 预期结果
使用超声波传感器，GSM，GPS，蓝牙，树莓派等技术成功连接后，智能行李箱将能够自动跟随其用户。
Ⅵ. 结果
在我们日常的旅行生活中，行李箱的搬运成了大问题。使用自动跟随行李箱，我们可以克服这个问题。有了安全系统的保护，用户无需担心行李被盗或遗失。在将来的功能中，例如耳机，USB，Wi-Fi技术，出于安全目的的指纹系统，可以添加并集成来降低成本且使其易于操作。
VII. 结论
传统行李箱的局限性将通过智能行李箱克服。市场上这一块依然是比较空缺的，并且接受行李箱的这种新面貌的潜力很大。随时了解您的行李重量，并进行相应包装。使用自动和手动模式轻松移动行李。智能行李箱将确保其安全性并为用户提供安全保障。从内置磅秤到GPS跟踪和移动应用程序，这些袋子都不会减轻拖拉东西的负担，但它们可以让体验变得不那么痛苦。
2018 3rd International Conference on Robotics and Automation Engineering
Remote Control and Tracking Dual Mode Smart Suitcas
远程控制和跟踪双模式智能行李箱
摘要—随着我国制造业的发展、数字化产品和2025战略的不断推进，智能化的理念和思想不断深入人心，就像许多其他产品一样，行李箱也需要接受“智能”浪潮的洗礼。如今，市场上的行李箱品种繁多，外观美观，质量可靠，但功能上仍没有太大变化。在大多数情况下，行李是行人的负担，而在时间紧急的拥挤机场和车站，这种负担的负担变得更加明显。本项目在设计中运用了这种现象的理念，产生了一种可以远程监控，也可以紧密跟随的智能行李箱，行李箱不再是旅行的“大笨蛋”，而是能够帮助他人分享智能的“好伙伴”。经过团队成员的努力，目前，这项工作已经完成了作者的实际生产和理论研究，无论是科技报告、行驶报告、操作报告、跟踪避障报告还是载人货运报告，最终的工作已经能够做到我们想充分实现的功能。
关键词—智能行李箱；自主跟随模式；麦克纳姆轮
I. 介绍
智能和便携的行李箱已经成为研究的热点。NUA Robotics之前已经开发了一种可以自动跟随用户的智能行李箱。在2016年亚洲国际消费电子展上，一家在上海成立的机器人公司展示了一种名为“COWA ROBOT”的智能拉杆箱，该箱支持自动跟随和智能回避。但是，“跟随”技术听起来非常可靠，但是在实际应用中，尤其是在拥挤的车站和其他人流量大的地方，很难准确地识别和定位所有者。丢失行李箱的可能性很大。
图 1 NUA机器人智能行李箱
图 2 COWAROBOT 智能行李箱
这个项目是针对这种现象而构思和设计的，并且已经生产出可以远程控制或紧跟其后的智能手提箱。本课题开发的智能手提箱可以减轻出行压力，并具有避障、载物、遥控等功能。可以广泛用于机场，火车站等。此外，为了应付在现实生活中遇到的复杂情况，特别开发了自动跟踪和远程控制两种模式。在开阔宽敞的地方，行李箱可以准确地定位主人的位置并自动跟随，在拥挤的不便于自我跟随的情况下，仍然可以通过遥控器控制行进方向，以实现其非自主跟随。此外，技术改进还可以应用于货物装卸，宠物护理和其他领域。
本文的其余部分安排如下：在下一节中，说明了差速转向汽车模型的运动学特性，设计了智能行李箱的机械结构，并进行了初步的动力学分析，据此选择了合适的动力源。第三部分介绍了智能行李箱控制系统的组成。最后，在最后一节总结了本文。
Ⅱ 移动车身的结构设计
A. 基于麦克纳姆轮的四轮底盘设计
为了便于设计和加工，这里的底盘具有矩形结构。因此，结合使用100mm麦克纳姆轮来实现其全向运动功能，以确保更好的稳定性。
图 3 麦克纳姆轮
因此，四轮底盘的设计基于麦克纳姆轮。麦克纳姆轮有一套四轮组合，包括两个左麦克纳姆和两个右麦克纳姆，更加灵活方便。四轮底盘三维模型如下。
图 4 四轮底盘3D模型
图 5 全向运动麦克纳姆轮模型
基于麦克纳姆轮技术的全向运动设备可以实现前后，左右，斜行，旋转及其组合，这意味着在完成全向行走时无需更改整体姿势，并且它们可以同时绕其中心旋转。分别建立固定在地面上的绝对坐标系和固定在智能手提箱上的相对坐标系。如图5所示，在俯视图中，使四个麦克纳姆轮的滚子呈X形。
智能行李箱的运动学公式可描述为
其中，，分别是绝对坐标系下智能行李箱的横向速度、纵向速度和旋转角速度，R是麦克纳姆轮的半径，alpha;是小滚筒的轴线与麦克纳姆轮的轴线的夹角，，是图中智能行李箱的几何参数，，，，是图中四个车轮的旋转角速度。
在智能行李箱的移动过程中，使，分别设置四个轮子的不同旋转方向，得到图中十种不同的运动状态，分别是：沿相对坐标系坐标轴的运动，沿对角线方向运动和围绕中心旋转运动。
图 6 十种全向运动
从图6可以看出，四个车轮的组合使得整体能够完成原地转向，因此在传统的车载模式下的轴距、转弯半径等都是不用考虑的。例如，在此基础上开发的全方位叉车和全方位运输平台，非常适合空间有限、工作通道狭窄的船舶环境，在提高船舶支撑效率、提高船舶空间利用率、降低人工成本等方面效果明显。
B. 箱形结构及其参数
本文设计的行李箱首先需要满足机场登机的要求，所以整体尺寸基本上是按照20英寸标准行李箱设计的。底盘尺寸为20cm x 40cm，由铝合金制成。中央设计采用有机玻璃将单片机的控制部分与衣物等储物空间分开，并且上面是标准的20英寸板作为存储
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