一種自動跟隨嬰兒車的設計

　　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”成為不少的夢想，專為照顧嬰兒所用的智能設備則應運而生。該智能跟隨嬰兒車不但有很好的舒適性和環(huán)境適應性，并且對嬰兒還能進行全方面的智能監(jiān)測身體狀況，最重要的是還能讓父母在一定程度上解放雙手，實現(xiàn)一邊做自己喜歡的事，一邊帶孩子，及時通過LCD屏幕的數(shù)據顯示更加直觀的了解嬰兒的狀況。

　　關鍵詞：UWB，自動跟隨，尿濕檢測，體溫監(jiān)測

　　1.引言

　　隨著經濟和技術的發(fā)展，人們對嬰兒的看護技術越來越重視，嬰兒車已成為必不可少的看護嬰兒的工具之一。但是，現(xiàn)有嬰兒車一般需要推車人主動操作才能達到駐車的目的，當推車 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。據美國《育兒》雜志報道，在美國每年超過一萬名嬰兒因為嬰兒車意外溜車而受到傷害。在中國類似 報道屢見不鮮。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。本設計不僅放父母雙手，提高了嬰兒車隨行的安全，呵護嬰兒安全，為嬰兒的成長保駕護航，使其更好的服務大眾。

　　2.整體機械結構設計

　　2.1動力驅動設計方案比較

　　為了使小車運動平穩(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驅動，并且設計有減震避震功能，可以使嬰兒車更舒適，麥克納姆輪適合控制運動的平穩(wěn)性，可以實現(xiàn)全向移動，自動跟隨的效果更好。

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

　　方案二采用了 U 型結構，一端通過柱銷連接構成一個轉動副，另一端通過減震彈簧連接，并且可以通過改變彈簧數(shù)量來增強或減弱避震效果，調節(jié)方便，并且通過 3D 打印 技術不難制造和使用。綜合考慮，采用方案二。

　　2.2 車架結構設計方案比較

　　車架是嬰兒車的主體，需要堅固可靠，并且輕便簡潔，經過設計構想，產生了兩種方案：

　　方案一：平面四桿機構原理結構，此種方案結構簡單，并且使用條件低，易于制 作，也能滿足強度需求。加上電動推桿之后可以實現(xiàn)上升下降，滿足孩子的觀察角度。

　　方案二：六面立體結構，此種方案結構強度高制作簡單，缺點是結構復雜，零件 數(shù)量多，制造難度高，并且此結構不太美觀�；�于我們的制作條件以及時間關系，我們選擇方案一。

　　2.3設計結果

　　底盤采用金屬鋁型材作為框架，采用四個編碼減速電機，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、電動推桿用螺栓連接。

　　3.系統(tǒng)硬件與軟件設計

　　智能跟隨嬰兒車是基于STM32單片機開發(fā)的自動跟隨和控制系統(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距測向精度更高，運行更加可靠。該模塊包括一個標簽，一個基站，測距精度高達±5cm，測向精度高達±5°，數(shù)據刷新頻率高達200Hz， 其原理為：通過UWB無線通信技術，計算出標簽到基站之間的飛行時間，乘以光速后獲得精確的距離，通過基站內置的多天線陣列，測量無線電磁波相位差，進而求得相對角度。

　　2：AMG8833熱成像尿濕檢測： AMG8833是一種檢測紅外輻射量的熱電堆型紅外傳感器，其中64個像素點將測量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)英尺的距離內探測到一個人，最大幀頻為10Hz。該模塊自帶熱敏電阻，可用于測量溫度時的溫度修正。為了讓更加方便直觀的檢測，可通過模塊獲取的數(shù)據進行一個熱成像顯示，由于該模塊采集的數(shù)據只有64個像素點，所以通過圖像插值算法對8*8的圖像放大到240*240，并顯示在ips屏幕上，當數(shù)據中某一特定區(qū)域的值高于該區(qū)域周圍的值時，將會發(fā)信號提醒用戶。

　　3：MLX90614體溫檢測： 該傳感器為非接觸式紅外溫度傳感器，所以測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，通過額溫轉體溫算法即可獲得當前體溫值。其實現(xiàn)原理與傳感器內部自帶的熱敏電阻相關，通過環(huán)境溫度以及芯片內部溫度做溫度補償，由于在本設計中采用定點數(shù)據采集，所以不考慮距離的溫度補償。

　　4：電機控制系統(tǒng)：目前采用的電機控制主要有兩種，第一種是采用直流減速電機，控制簡單，價格便宜，但噪音大，負載過重時會出現(xiàn)速度慢于人正常行走的速度。第二種是利用無刷電機進行矢量控制，其優(yōu)點電機噪音小，減速制動快，效率高等特點，但是其硬件成本和軟件設計復雜度都遠遠高于直流減速電機。

　　5.激光測距模塊：該傳感器TOF 是一種絕對距離檢測技術，即傳感器發(fā)出經過調試的近紅外光，遇物體后反射，傳感器 通過計算光線發(fā)射和反射時差或相位差，來換算被拍攝景物的距離，以產生深度信息。相比于雙目方案與3D結構光方案，TOF 具有工作距離遠，適用場景廣，較遠距離精度高等優(yōu)點。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.自動遮陽控制：其實現(xiàn)原理為通過光敏傳感器獲取的數(shù)據與用戶設定值比較，來驅動兩個小型步進電機轉動實現(xiàn)遮陽罩的伸縮。

　　7.防丟失自動報警與自動剎車：此功能的實現(xiàn)主要通過判斷標簽與基站之間信號的強弱來實現(xiàn)，在標簽與基站的通訊協(xié)議中，信號強度可以與距離一同輸出，一般情況下，當“rx_rssi - fp_rssi”小于 6dB 時，很有可能處于 LOS 狀態(tài)，當大于 10dB 時，很有可能處于 NLOS 或多徑狀態(tài)。當信號低于設定的閾值時，為保障嬰兒的安全會實現(xiàn)緊急制動，并給用戶發(fā)出警告提醒。

　　電子論文投稿刊物：《遙感學報》結合中國遙感事業(yè)不同時期的重點和需要，刊登了大量國內最新科研成果和國家重點支持的研究項目的成果論文，對中國遙感科學技術的發(fā)展和人才培養(yǎng)發(fā)揮了巨大作用，成為目前中國遙感和地理信息科學領域最有影響的學術期刊。

　　4.結束語

　　本次設計的自動跟隨嬰兒車針對嬰兒的尿濕檢測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區(qū)域內的溫度值更加細化，提高了尿濕的檢測的精度。同時也在自動跟隨方面為適應更多的使用場景做了優(yōu)化。

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　　作者：謝成杰 常高旗 陳志康 陳昭煒 程家宜

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