一种随动控制方法、随动装置及随动系统

摘要

本发明涉及一种随动控制方法、随动装置及随动系统。该方法包括如下步骤：A、接收来自主控器的无线控制信号；B、根据无线控制信号判断随动装置与主控器的距离；C、判断主控器所在方向，并驱动随动装置向主控器方向移动，以使随动装置与主控器的距离小于所述预定值，实现随动；其中，无线控制信号携带有主控器和/或随动装置的ID码信息，且步骤A包括：A1、将ID码信息中包含的ID码与预存在随动装置中的主控器和/或随动装置的ID码进行比较，且当两者匹配时执行后续的步骤B和步骤C。实施本发明，当随动装置与主控器的距离超过预定值时，能够判别主控器所在方向并驱动随动装置向主控器方向移动，保持与主控器的距离，以实现随动。

说明书

技术领域

本发明涉及无线跟踪技术领域，更具体地说，涉及一种随动控制方法、 随动装置及随动系统。

背景技术

人们在日常生活或工作中，例如逛街、购物、旅行或出差时，通常都带 上购物车或行李箱，主人移步时需要拖着购物车或行李箱使其跟随自己一起 移动，很是不便。另一个最原始的随动方式就是找个人跟在自己身边，这人 叫随从，由他推、拉购物车或行李箱。现代社会人力成本高，随时找个人跟 在自己身边不现实。如果用技术来实现随动的话，最高技术应该就是设计一 个机器人随从，其能够携带行李并跟随主人，而其中随动技术方案就是解决 跟随问题的关键。

因此，需要一种随动控制技术及随动装置，为实现随动提供保障。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术存在的购物车或行李箱等 不能自行跟随主人移动的问题，提供一种随动控制方法、随动装置及随动系 统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种随动控制方法， 包括如下步骤：

A、接收来自主控器的无线控制信号，所述无线控制信号包括无线电信号、 磁场信号、超声波信号、红外信号中的至少一种；

B、根据所述无线控制信号判断随动装置与主控器的距离；

C、当随动装置与主控器的距离超过预定值时，判断主控器所在方向，或 实时判断主控器所在方向；并驱动随动装置向主控器方向移动，以使随动装 置与主控器的距离小于所述预定值，实现随动；

其中，所述无线控制信号携带有主控器和/或随动装置的ID码信息，且 步骤A包括：

A1、将所述ID码信息中包含的ID码与预存在随动装置中的主控器和/或 随动装置的ID码进行比较，且当两者匹配时执行后续的步骤B和步骤C。

在本发明所述的随动控制方法中，所述无线控制信号为无线电信号，步 骤B包括：

B1、根据所述无线电信号的RSSI信息，通过查表或经验公式计算得到对 应的距离。

在本发明所述的随动控制方法中，所述无线控制信号为磁场信号，所述 ID码信息由预定规律变化的磁场所定义，步骤B包括：

B2、根据所述预定规律变化的磁场的强度，通过查表或经验公式计算得 到对应的距离。

在本发明所述的随动控制方法中，所述无线控制信号为超声波信号，步 骤B包括：

B3、根据所述超声波信号从发射到接收的时间，查表或经验公式计算得 到超声波收发时间对应的距离。

在本发明所述的随动控制方法中，所述无线控制信号为红外信号，步骤B 包括：

B4、通过设置在随动装置上的红外定位摄像头感测主控器上的至少两组 或两颗红外LED发射的红外光，通过计算得到所述至少两组或两颗红外LED 发射的红外光的距离，查表或经验公式计算得到所述距离对应的主控器和随 动装置之间的距离。

在本发明所述的随动控制方法中，

步骤C中判断主控器所在方向包括：

驱动所述随动装置自身旋转和/或前后左右移动、天线旋转和/或前后左 右移动，和/或天线立在圆盘边缘由圆盘旋转带动做圆或椭圆轨道移动，同时 感测所述无线控制信号的强度变化，以确定主控器所在方向。

在本发明所述的随动控制方法中，所述ID码是专属ID码和/或公共ID 码。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种随动装置，其底 部安装有用于带动所述随动装置移动的轮子，所述随动装置包括：

无线控制信号接收器，用于接收来自主控器的无线控制信号，所述无线 控制信号包括无线电信号、磁场信号、超声波信号、红外信号中的至少一种；

信号检测电路，用于检测所述无线控制信号；

控制器，包括距离判断模块、方向判断模块、跟随指令生成模块，其中：

距离判断模块用于根据所述无线控制信号判断随动装置与主控器的 距离；

方向判断模块用于当随动装置与主控器的距离超过预定值时，判断 主控器所在方向，或用于实时判断主控器所在方向；

跟随指令生成模块用于产生驱动随动装置移动和/或转向的跟随指 令；

及

第一驱动电路，用于根据所述跟随指令驱动所述轮子转动，以驱动随动 装置朝向主控器移动；且

所述无线控制信号包含主控器和/或随动装置的ID码信息，所述控制器 还包括ID码验证模块，用于将所述ID码信息中包含的ID码与预存在随动装 置中的主控器和/或随动装置的ID码进行比较，且当两者匹配时启动所述距 离判断模块执行距离判断操作。

在本发明所述的随动装置中，

所述无线控制信号为无线电信号；

所述信号检测电路为无线电信号检测电路；及

所述距离判断模块用于根据所述无线电信号的RSSI信息，通过查表或经 验公式计算得到对应的距离。

在本发明所述的随动装置中，

所述无线控制信号为磁场信号，所述ID码信息由预定规律变化的磁场所 定义；

所述信号检测电路为磁场检测电路；及

所述距离判断模块用于根据所述规律变化的磁场的强度，通过查表或经 验公式计算得到对应的距离。

在本发明所述的随动装置中，

所述无线控制信号为超声波信号，且所述主控器设有超声波发生器；

所述信号检测电路为超声波信号检测电路；及

所述距离判断模块用于根据所述超声波信号从发射到接收的时间，查表 或经验公式计算得到超声波收发时间对应的距离。

在本发明所述的随动装置中，

所述无线控制信号为红外信号，且所述随动装置设有红外定位摄像头， 用于感测主控器上的至少两组或两颗红外LED发射的红外光；

所述信号检测电路包括所述红外定位摄像头及与其连接的图像信号处理 器；及

所述距离判断模块用于通过计算得到所述至少两组或两颗红外LED发射 的红外光的距离，查表或经验公式计算得到所述距离对应的主控器和随动装 置之间的距离。

在本发明所述的随动装置中，

所述方向判断模块通过向所述第一驱动电路发送方向检测指令，控制所 述第一驱动电路驱动所述随动装置自身旋转和/或前后左右移动；同时接受来 自信号检测电路的无线控制信号的强度变化的信息，并根据所述强度变化的 信息确定主控器所在方向；或

所述无线控制信号接收器连接有天线，所述天线连接有第二驱动电路， 所述方向判断模块通过向所述第二驱动电路发送方向检测指令，控制所述第 二驱动电路驱动所述天线旋转和/或前后左右移动，和/或天线立在圆盘边缘 由圆盘旋转带动做圆或椭圆轨道移动；同时接受来自信号检测电路的无线控 制信号的强度变化的信息，并根据所述强度变化的信息确定主控器所在方向。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种随动系统，其包 括设置有无线控制信号发射器的主控器，以及如上所述的随动装置。

实施本发明，具有以下有益效果：随动装置能够判断其与主控器之间的 距离，能够当随动装置与主控器的距离超过预定值时或实时判别主控器所在 方向并驱动随动装置向主控器方向移动，保持与主控器的距离，以实现随动。

本发明的技术方案具有成本低，控制准确度高的优点。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是根据本发明一实施例的随动系统的示意框图；

图2是根据本发明一实施例的随动装置的示意框图；

图3是本发明随动控制方法的流程图。

具体实施方式

如图1所示，在本发明的一实施例中，随动系统包括主控器1和与其无 线通信连接的随动装置2。

具体地，主控器1中设置有无线控制信号发射器10，用于发射无线控制 信号。

随动装置2包括控制器20，与控制器20通信连接的无线控制信号接收器 21、信号检测电路22和第一驱动电路23，以及与第一驱动电路23相连的用 于带动随动装置移动的轮子31，例如，轮子可安装在随动装置底部。进一步 地，控制器20包括距离判断模块201、方向判断模块203、跟随指令生成模 块205。

在随动系统的工作过程中，无线控制信号接收器21接收来自主控器1的 无线控制信号。之后，信号检测电路22对接收到的无线控制信号进行检测， 并将检测结果发送至控制器20。

然后，控制器20中的距离判断模块201根据无线控制信号判断随动装置 与主控器的距离；当随动装置与主控器的距离超过预定值时，方向判断模块 203判断主控器所在方向，或方向模块203随时(实时)判断并跟踪主控器所 在的方向；跟随指令生成模块205用于产生驱动随动装置移动和/或转向的跟 随指令；第一驱动电路23根据跟随指令驱动轮子转动，以驱动随动装置朝向 主控器移动。

在本发明的各个实施例中，无线控制信号包括无线电信号、磁场信号、 超声波信号、红外信号中的至少一种。

图2是本发明另一实施例的随动装置2’的示意框图。如图2所示，与图 1中的随动装置2相比，所不同的是，随动装置2’还包括与控制器2通信连 接的第二驱动电路24、存储器25，以及与无线控制信号接收器21连接(图 中未示出)并与第二驱动电路24连接的天线32。另外，控制器20还包括ID 码验证模块207。

在本实施例中，无线控制信号中携带有主控器1和/或随动装置2’的ID 码信息，控制器20中的ID码验证模块207用于将无线控制信号接收器21接 收的无线控制信号中包含ID码信息中的ID码与预存在随动装置的存储器25 中的主控器和/或随动装置的ID码进行比较，且当两者匹配时启动距离判断 模块201执行距离判断操作。需要说明的是，ID码可以是专属ID码和/或公 共ID码。专属ID方便一对一，公共的方便一对多。例如，对于行李箱、购 物车等随动装置，需要主控器与随动装置有一一对应的关系，ID码是专属ID 码。又例如，对于无需一一对应的场合，例如家庭内玩耍的玩具的随动，ID 码可以是公共ID码。

在一些实施例中，例如，当无线控制信号为无线电信号、磁场信号和/或 超声波信号的情况下，当随动装置与主控器的距离超过预定值时，第二驱动 电路可根据方向判断模块向其发送的方向检测指令，驱动天线32旋转；同时 接受来自信号检测电路的无线控制信号的强度变化的信息，并根据强度变化 的信息确定主控器20所在方向。

在另一些实施例中，例如，当无线控制信号为无线电信号、磁场信号和/ 或超声波信号的情况下，当随动装置与主控器的距离超过预定值时，方向判 断模块203判断主控器所在方向包括：方向判断模块通过向第一驱动电路发 送方向检测指令，控制第一驱动电路驱动随动装置自身旋转和/或前后左右移 动；同时接受来自信号检测电路的无线控制信号的强度变化的信息，并根据 所述强度变化的信息确定主控器所在方向。

在一些实施例中，也可实时判断并跟踪主控器所在的方向。

存储器25用于存储与随动装置匹配的主控器和/或随动装置的ID码，以 及用于根据无线控制信号获得随动装置与主控器的距离所需要的数据或程 序，例如，信号强度与距离对应表、和/或算法程序等。

在一实施例中，无线控制信号为无线电信号；信号检测电路为无线电信 号检测电路；及距离判断模块用于根据无线电信号的RSSI强度信息，通过查 表或经验公式计算得到对应的距离。

在另一实施例中，无线控制信号为磁场信号，ID码信息由预定规律变化 的磁场所定义；信号检测电路为磁场检测电路；距离判断模块用于根据规律 变化的磁场的强度，通过查表或经验公式计算得到对应的距离。

在另一实施例中，无线控制信号为超声波信号，且主控器设置有超声波 发射器、随动装置设有超声波接收器；信号检测电路检测来自主控器的超声 波信号；及距离判断模块用于根据超声波信号从发射到接收的时间，查表或 经验公式计算得到超声波收发时间对应的距离。

在另一实施例中，无线控制信号为红外信号，且随动装置设有红外定位 摄像头，用于感测主控器上的至少两组或两颗红外LED发射的红外光；信号 检测电路包括所述红外定位摄像头及与其连接的图像信号处理器；及距离判 断模块用于通过计算得到该至少两组或两颗红外LED发射的红外光之间的距 离，查表或经验公式计算得到该至少两组或两颗红外LED发射的红外光之间 的距离所对应的主控器和随动装置之间的距离。

在其它实施例中，无线控制信号为无线电信号、磁场信号、超声波信号、 红外信号中的两种或更多种的组合。相应地，随动装置上设置有无线电信号 检测电路、磁场检测电路、超声波信号检测电路、红外定位摄像头中的两种 或更多种的组合。

如图3所示，本发明随动控制方法包括如下步骤：

在开始步骤之后，进入步骤A中，接收来自主控器的无线控制信号。然 后，进行步骤B。在步骤B中，根据无线控制信号判断随动装置与主控器的距 离。随后，判断随动装置与主控器的距离是否超过预定值。

当随动装置与主控器的距离超过预定值时，执行步骤C。在步骤C中，判 断主控器所在方向，并驱动随动装置向主控器方向移动，以使随动装置与主 控器的距离小于所述预定值，实现随动。例如，步骤C中判断主控器所在方 向包括：驱动所述随动装置自身旋转和/或前后左右移动、天线旋转和/或前 后左右移动，和/或天线立在圆盘边缘由圆盘旋转带动做圆或椭圆轨道移动， 以取得信号判断，同时感测所述无线控制信号的强度变化，以确定主控器所 在方向。

步骤C之后，随动控制方法继续进行，例如，返回步骤A继续进行随动 控制。

当随动装置与主控器的距离未超过预定值时，返回步骤A，继续接收无线 控制信号以进行随动控制。

在其它一些实施例中，步骤C可以随时进行，实时判断主控器所在方向， 并驱动随动装置向主控器方向移动，以使随动装置与主控器的距离小于预定 值，实现随动。

在本发明的一实施例中无线控制信号携带有主控器和/或随动装置的ID 码信息，且步骤A包括：步骤A1(图中未示出)：将所述ID码信息中包含的 ID码与预存在随动装置中的主控器和/或随动装置的ID码进行比较，且当两 者匹配时执行后续的步骤B和步骤C。

在各个实施例中，无线控制信号包括无线电信号、磁场信号、超声波信 号、红外信号中的至少一种。

在一实施例中，无线控制信号为无线电信号，步骤B包括：步骤B1：根 据无线电信号的RSSI信息，通过查表或经验公式计算得到对应的距离。

在另一实施例中，无线控制信号为磁场信号，ID码信息由预定规律变化 的磁场所定义，步骤B包括：步骤B2：根据该预定规律变化的磁场的强度， 通过查表或经验公式计算得到对应的距离。

在另一实施例中，无线控制信号为超声波信号，步骤B包括：步骤B3： 根据超声波信号从发射到接收的时间，查表或经验公式计算得到超声波收发 时间对应的距离。

在另一实施例中，无线控制信号为红外信号，步骤B包括：步骤B4：至 少两组或两颗红外LED与红外定位摄像头分别在主控器或随动装置，通过设 置在随动装置上的红外定位摄像头感测主控器上的至少两组或两颗红外LED 发射的红外光，通过计算得到所述至少两组或两颗红外LED发射的红外光之 间的距离，查表或经验公式计算得到所述距离对应的主控器和随动装置之间 的距离。

在其它实施例中，无线控制信号为无线电信号、磁场信号、超声波信号、 红外信号中的两种或更多种的组合。相应地，随动控制方法也包括步骤B1至 步骤B4中的两种步骤或更多步骤的组合。

在实际应用中，本发明随动装置可以设计为：随动平台；随动购物车、 随动皮箱、随动书包、随动婴儿车；随动玩具动物车；以及随动玩具飞机。 所有的随动装置都具有动力驱动装置，保证随动装置能自主运动。主控器可 以附着在人体的身体任何部位，比如手臂、腿、腰等部位，或者安装在背包、 鞋、衣服上。

本发明构思一种随动控制方法，包括：通过在主控器和随动装置之间保 持恒定的无线电强度、磁场强度值、超声波强度值，及红外摄像检测中的一 种或多种方式来保持两者之间的距离；配合多点检测、多方向检测、或配合 惯性传感器的轨迹检测等一种或多种方式来判断运动方向，再由随动装置根 据主控器的位置和自身的位置，控制自身运动，以实现与主控器在一定距离 范围的随动。

在主控器和随动装置之间采用预设的无线RSSI信号强度值、有规律变化 的磁场强度值、规律变化的超声波来保持两者之间的距离，以及红外信号测 试来保持距离中的一种或多种。例如，由随动装置在一定范围内进行自身旋 转、天线旋转或前后左右移动方式中的一种或多种来感测无线RSSI强度的变 化，判断最强信号方向，驱动随动装置向主控器靠近，由于与主控器的发射 端越近，信号强度RSSI越强，当RSSI强度值达到预设值或距离值时，随动 装置停止运动；在此之前还需要先建立RSSI无线信号强度随距离增加的衰减 对应数据库，方便直接设定距离来确定RSSI强度值。作为选择，还可通过经 验公式计算得到对应的距离。以下为本发明的几个实施例。

实施例一，利用无线电信号强度RSSI的判断来确定距离和方向。

主控器与随动装置之间通过无线电信号收发信息来通讯，并且根据收到 的信息所包含的ID码确定是否是与之匹配的主控器发送的信号，若匹配再来 判断信号强度RSSI，并根据RSSI信号强度在数据库中寻找对应的距离数据， RSSI信号强度与距离的对应值在之前的试验中提前确定好并保存。或者通过 经验公式计算得到对应的距离。

在本实施例中，主控器与随动装置各自具有无线收发模组，通过发送具 有ID码的信号来进行通讯，收到具有匹配的ID码的信号，检测此时的RSSI 信号强度，比较强度值是否在范围内，在范围内说明随动距离适中。

当强度或距离超出预设值，由于无法确定方向，随动可以将天线旋转辨 识信号最强的方位，或驱动随动装置自身旋转，或者转一个直径不为零的圈， 或者前后左右移动，感测到最强的信号方向，判断出主控器方向。

这个方法的优点是，不仅用无线电进行通讯，同时还利用无线电信号的 RSSI强度随着接收端与发射端距离的加大而衰减的特性来测量距离，减少了 元器件，在实现同样功能的前提下降低了成本。

实施例二，利用规律变化的磁场与距离的关系来判断距离和方向。

主控器与随动装置之间包含磁场收发装置，磁场由电路控制，具有一定 的节律，方便接收端分辨，通过检测磁场强度与距离的对应关系来确定双方 的距离。

同实施例一的RSSI类似，只是RSSI换成磁场。主控器带有可产生规律 变化的磁场，如同发送数字信号一样：1110000，1110000……这样连续的变 化磁场数据，在随动装置端带有磁场检测电路(例如磁传感器、磁场计)，能 够辨识这种规律的变化磁场，由于这种磁场的强度随距离的增加而衰减，可 以测试得到磁场强度与距离的关系，利用磁场强度数值来保证主控器与随动 装置之间的距离。

当强度或距离超出预设值，由于无法确定方向，随动装置可以将天线旋 转辨识信号最强的方位，或驱动随动装置自身旋转，或者转一个直径不为零 的圈，或者前后左右移动，感测到最强的信号方向，判断出主控器方向。

这种方法的优点是，在无线电信干扰较大的环境下仍然能够正常工作， 不受影响。

实施例三，主控器与随动装置利用红外LED与摄像头的组合。

在主控器与随动装置之间包含有至少2个红外LED和至少一个摄像头， 通过检测对端两组红外LED组发出的红外光之间的距离的大小和方位来判断 之间的距离和方向。

主控器带有至少两个红外LED，并且分开有一定距离。随动装置上带有至 少一个CMOS定位传感器，例如，利用一圈红外LED在主控器周围，方便摄像 头从任何角度看到的都是一样长度的亮条，比如双脚带红外LED光环，或脖 子上带一个光环，随动装置上安装的摄像头上看到红外LED光条长度的长短 转化为距离，并且提供了方向，当然在之前还会建立起亮条长度与距离的对 应关系数据库。或者通过经验公式计算得到对应的距离。

这种方法的好处是，完全不受外界电磁干扰。

实施例四，利用超声波测距。

在主控器与随动装置之间包含超声波收发装置，通过超声波测距来确保 双方的距离(主控器发送环形超声波)。

在主控器上带有超声波发射器，在随动装置上带有超声波接收器，发射 器呈环状发射，接收器接收超声波信号来判断距离。比如在超声波信号中带 有发射时间，将主控器与随动装置放在一起上电，此时接收到主控器发送的 超声波信号，解读出信号中包含的时间与随动装置自己的系统时间之间的差 值作为双方零距离的参考值，再利用手动或自动方式或实验室测试方式将主 控器和随动装置两者拉开一定距离，并在此将收到的信号中带有的时间与随 动装置内部的系统时间之差作为适当随动距离，然后再确定一个偏差值，只 要两者的时间差在偏差值范围内，就可以判断两者距离保持是恰当的。当然 在之前还会建立起超声波信号发射接收时间差与距离的对应关系数据库。或 者通过经验公式计算得到对应的距离。

当时间差或距离超出预设值，由于无法确定方向，随动可以将天线旋转 辨识信号最强的方位，或驱动随动装置自身旋转，或者转一个直径不为零的 圈，或者前后左右移动，或天线立在圆盘边缘由圆盘旋转带动做圆或椭圆轨 道移动，以取得信号判断，感测到最强的信号方向，判断出主控器方向。

随动装置(遥控车、遥控飞机、电动行李箱等)启动动力按指向主控器 的方向前进，当距离到达设定的距离时停止。

这种方法的好处是，不受外界电磁以及太阳光的干扰。

实施例五，在主控器和随动装置上分别设置由加速度传感器、陀螺仪和/ 或地磁传感器构成的感测模块；将主控器和随动装置放在一起的上电地点作 为运动参考点，通过感测各自的运动，并将感测数据运算后得到各自的三维 空间坐标，再进一步得到运动轨迹和方向，以主控器所在位置为参考点，随 动装置将主控器和随动装置各自的传感器感测运动轨迹合并运算得到距离和 方向。

需要说明的是，本发明还可以采用复合方法来实现随动控制，即：可以 由以上实施例一至五中的一个或多个随动方法构成复合方法，以便进行互补 和优化。

另外，在以上技术的基础上，本发明还可以利用在主控器和随动装置端 内部带有加速度传感器、陀螺仪及地磁传感器，用于感测自身运动，并通过 无线方式发送数据，主控器将自身的运动数据运算后得到相对于上一次发送 数据时所在位置的相对坐标，随动装置感测自身运动得到相对于上一次接收 主控器坐标是自身的坐标，两个坐标综合运算，得到本次相对主控器的坐标， 从而得到从坐标指向主控器的方向，将前面方法中得到的距离和方向进行综 合运算得到更高精度的距离和方向，确保随动装置与主控器保持一定距离的 随动。

以上实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项 技术的人士能够了解本发明的内容并据此实施，并不能限制本发明的保护范 围。凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本发明权利 要求的涵盖范围。