[发明专利]基于人体动态行为追踪的智能跟随机器人系统和方法

权利要求书

1.一种基于人体动态行为追踪的智能跟随机器人系统，包括动态行为分析系统（Ⅰ）经无线传输系统（Ⅱ）连接运动控制系统（Ⅲ），其特征在于动态行为分析系统（Ⅰ）实时读取人体行为参数，通过无线传输系统（Ⅱ）实时且高效地将人体行为参数传递给运动控制系统（Ⅲ），人体行为参数被接收处理转化为机械参数从而来控制智能跟随机器人的小车机械运动；

所述动态行为分析系统（Ⅰ）由一个陀螺仪（1）和一个超声波测距模块A（2）连接一个STM32单片机（3）构成，陀螺仪（1）需要将感应到的参数传递给STM32单片机（3），超声波测距模块A（2）需由STM32单片机（3）供电；

所述无线传输系统（Ⅱ）由一个蓝牙设备A—主机（4）连接一个蓝牙设备B—从机（5）构成，蓝牙设备A—主机（4）连接动态行为分析系统（Ⅰ）中的STM32单片机（3），主要负责传送人体动态行为追踪时获取的人体行为参数，蓝牙设备B—从机（5）连接运动控制系统（Ⅲ）中的一个MK22单片机（6），主要负责接收从蓝牙设备A—主机（4）传递过来的人体行为参数和发送这些参数给MK22单片机（6）；

所述运动控制系统（Ⅲ）由所述MK22单片机（6）连接一个超声波测距模块B（7）、一个前轮舵机（8）和一个后轮电机（9）构成，MK22单片机（6）连接蓝牙设备B—从机（5）、超声波测距模块B（7）、前轮舵机（8）和后轮电机（9），主要是对其进行供电和接收、处理和发送数据。

2.一种基于人体动态行为追踪的智能跟随机器人方法，采用权利要求1所述的基于人体动态行为追踪的智能跟随机器人系统进行操作，其特征在于具体的操作步骤如下：

①动态行为分析系统（Ⅰ）和无线传输系统（Ⅱ）中的蓝牙设备A—主机（4）由人体携带，无线传输系统（Ⅱ）中的蓝牙设备B—从机（5）和运动控制系统（Ⅲ）由智能跟随机器人小车携带；

②动态行为分析系统（Ⅰ）由人体随身携带，当人体有身体转向变化时，陀螺仪（1）通过感应人体的自由空间移动，获取到人体转向的姿态参数，将该参数通过接口传递给STM32单片机（3）；

③STM32（3）单片机对陀螺仪（1）接口传送过来的角度数据进行处理与运算，提取出三维空间中表示人体转向角度的数据，通过串口数据传输通道将此数据传送给蓝牙设备A—主机（4）的接收RX端；蓝牙设备A—主机（4）通过蓝牙数据传输协议将数据传输给蓝牙设备B—从机（5），蓝牙设备B—从机（5）通过发送TX接口将数据传送给MK22单片机（6），从而完成了人和智能跟随机器人小车的角度数据实时无线传输部分；

④MK22单片机（6）接收数据并进行处理，将其转换为适合智能跟随机器人小车状态改变的机械参数值，再通过接口将人体转向角度等效值传递给前轮舵机（8），从而控制前轮的转动方向与转动角度；

⑤智能跟随机器人小车携带的超声波测距模块B（7）发送超声波，当人体携带的超声波测距模块A（2）接收到信号时会反射回给超声波测距模块B（7），超声波测距模块B（7）接收信号并产生一个脉冲波通过接口传递给MK22单片机（6），MK22单片机（6）处理数据计算出人机距离传递给后轮电机（9），从而控制后轮电机（9）的速度大小。

3.根据权利要求2所述的基于人体动态行为追踪的智能跟随机器人方法，其特征在于：

①所述人体携带的陀螺仪（1）根据人体的动向获取一系列人体动态行为参数，并传送给STM32单片机（3）进行数据处理，提取出三维空间中表示人体转向角度的Z轴变化角度，利用设置标识符的方法拼接字符串，以便之后提取出某个瞬时角度，STM32单片机（3）通过串口数据传输通道将此字符串发送给蓝牙设备A—主机（4）；

②所述蓝牙设备A—主机（4）将拼接好的字符串数据传递给蓝牙设备B—从机（5），MK22单片机（6）再通过串口数据传输通道接收此数据，计算陀螺仪（1）当前角度与上一次角度的差值，判断是否大于0来决定PWM值的增减，最后利用PWM原理控制前轮舵机（8）的转动方向和转动角度。

4.根据权利要求2所述的基于人体动态行为追踪的智能跟随机器人方法，其特征在于：

所述智能跟随机器人小车携带的超声波测距模块B（7）将接收到的脉冲信号传送给MK22单片机（6），在该单片机上利用定时器中断计算出一个高电平脉冲的时间，从而计算出人与智能跟随机器人小车的距离，使用增量式PID控速算法调节后轮电机的速度以维持一个稳定的状态；在此部分中对数据进行了均值滤波处理，减少了误差，提高了数据的精度。