一种基于uwb和毫米波雷达的自动跟随方法及系统
阅读说明：本技术 一种基于uwb和毫米波雷达的自动跟随方法及系统 (Automatic following method and system based on UWB and millimeter wave radar ) 是由 董海英 李兵 罗蒙 杨进 俞沛齐 聂稳 田华亭 马贤朋 吴茂华 孙志斌 喻锐 于 2020-12-11 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种基于UWB和毫米波雷达的自动跟随方法及系统,系统包括：指引终端、跟随终端及移动载具,跟随终端设置在移动载具上,用于获取位置信息和障碍物信息并输出给移动载具,以使得移动载具跟随指引终端；指引终端上还搭载有第一UWB芯片,跟随终端内置有MCU、第二UWB芯片和毫米波芯片,使得该系统能够利用UWB进行指引终端和跟随终端的匹配,并对指引终端进行定位,然后通过毫米波芯片获取跟随终端前方的障碍物位置,并将目标位置和障碍物位置进行时间和空间的同步,从而生成一个实时的、完整的坐标信息。本发明避开了2.4G这个被占用较多的波段,不易被干扰,布置简单快捷,成本和功耗较低,精准度较好。(The invention provides an automatic following method and system based on UWB and millimeter wave radar, the system includes: the following terminal is arranged on the mobile carrier and used for acquiring position information and barrier information and outputting the position information and the barrier information to the mobile carrier so that the mobile carrier follows the guiding terminal; still there is first UWB chip to carry on the guide terminal, it has MCU, second UWB chip and millimeter wave chip to follow the terminal built-in, makes this system can utilize UWB to guide the terminal and follow the matching of terminal, and fix a position guide the terminal, then acquire the barrier position in following the terminal the place ahead through the millimeter wave chip, and carry out the synchronization of time and space with target position and barrier position, thereby generate a real-time, complete coordinate information. The invention avoids the occupied band of 2.4G, is not easy to interfere, has simple and rapid arrangement, lower cost and power consumption and better precision.)
技术领域
本发明涉及自动跟随技术领域，具体涉及一种基于UWB和毫米波雷达的自动跟随方法及系统。
背景技术
随着高铁、机场等出行基建的发展和智能超市等新兴智能化场所的出现，民用市场对自动跟随购物车、行李车等自动跟随智能设备的需求正逐步上涨。目前市面上的自动跟随购物车等设备大多是定制化产品，大部分是基于蓝牙阵列、WIFI、红外或者激光雷达等技术。蓝牙、WIFI、红外等技术属于2.4G这个被占用较多的波段，在这个波段由于手机等多种这边均处于这个波段，导致测距时收到信号的时间受到干扰，测得的距离精度不高。超声波和激光模块原理基本类似，其是可以探测到人的运动方向的，但如果在人多的场所很难实现单一目标的跟随，并且激光雷达成本又过于昂贵。
发明内容
为解决现有技术中的不足，发明人提供了一种成本低、功耗低、定位精度高、避障能力强的自动跟随系统，该系统部署难度低、适用范围广，具有良好的自动跟随效果。
具体地，本发明是这样实现的：
根据第一方面，本发明提供了一种基于UWB和毫米波雷达的自动跟随系统，该系统包括：指引终端、跟随终端及移动载具，所述跟随终端设置在移动载具上，用于获取位置信息和障碍物信息并输出给移动载具，以使得所述移动载具跟随指引终端；
所述指引终端搭载有第一UWB芯片；
所述跟随终端包括：MCU、第二UWB芯片和毫米波芯片，所述第二UWB芯片和毫米波芯片通过SPI总线与所述MCU连接；
所述第一UWB芯片用于与第二UWB芯片进行配对，还用于采集所述指引终端的位置信息；所述毫米波芯片用于采集前方障碍物信息。
进一步地，所述MCU通过数据接口与所述移动载具的控制器连接，用于将所述位置信息和障碍物信息输出给所述控制器，以使得所述控制器控制所述移动载具进行跟随。
进一步地，所述MCU通过数据接口与所述移动载具的控制器连接，用于将所述位置信息和障碍物信息输出给所述控制器，以使得所述控制器控制所述移动载具进行跟随。
进一步地，所述MCU还用于根据所述第一UWB芯片和第二UWB芯片的配对信息，控制所述第二UWB芯片和毫米波芯片对所述指引终端进行定位。
进一步地，所述MCU还用于将所述位置信息和障碍物信息进行融合，生成坐标信息，并将所述坐标信息输出给所述控制器。
进一步地，所述MCU通过将所述位置信息和障碍物信息进行时间和空间同步，基于数据融合算法生成所述坐标信息。
进一步地，所述指引终端包括：壳体，所述MCU、第二UWB芯片和毫米波芯片设置于所述壳体内，所述数据接口位于所述壳体上。
进一步地，所述第二UWB芯片设置有两块，两块所述第二UWB芯片分别采用PDOA和AOA算法进行定位；所述壳体上设置有两根UWB天线，所述两根UWB天线分别与两块第二UWB芯片相连，所述壳体朝向所述指引终端的一侧设置有毫米波天线。
进一步地，所述壳体两侧设置有固定片，所述固定片通过螺栓将所述跟随终端固定在所述移动载具上。
根据第二方面，本发明还提供了一种基于UWB和毫米波雷达的自动跟随系统的自动跟随方法，该方法包括：
配对步骤：与指引终端进行配对；
锁定步骤：配对成功后，对所述指引终端进行锁定；
获取步骤：基于UWB定位技术获取所述指引终端的位置信息，基于毫米波定位技术获取障碍物信息；
处理步骤：基于所述位置信息和障碍物信息生成坐标信息；
输出步骤：将所述坐标信息输出到移动载具的控制器，以使得所述控制器控制移动载具进行跟随。
进一步地，所述输出步骤包括：
将所述位置信息和障碍物信息进行时间和空间的同步；
基于数据融合算法将同步后的位置信息和障碍物信息进行融合，生成坐标信息。
根据第三方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序能够被处理器执行以实现本发明所述自动跟随方法的步骤。
相比现有技术，本发明的有益效果介绍：
指引终端和跟随终端通过UWB先进行配对，锁定目标后，通过UWB芯片、毫米波芯片获取指引终端的目标位置和跟随终端前方的障碍物位置，并将目标位置和障碍物位置进行时间和空间的同步，从而生成一个实时的、完整的坐标信息，然后将坐标信息输出给自动移动载具，从而实现自动跟随的功能，避开了2.4G这个被占用较多的波段，不易被干扰，精准度较好。并且，相较于激光和超声波，成本和功耗较低，布置简单。
附图说明
图1为本发明提供的基于UWB和毫米波雷达的自动跟随系统的结构示意图；
图2为本发明提供的跟随终端的内部结构框图；
图3为本发明提供的跟随终端的结构示意图；
图4为本发明提供的基于UWB和毫米波雷达的自动跟随方法的流程图。
附图标记：
1-指引终端；2-跟随终端；21-MCU；22-第二UWB芯片；23-毫米波芯片；24-数据接口；25-壳体；26-UWB天线；27-毫米波天线；28-固定片；3-移动载具；31-控制器。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本发明能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本发明相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本发明的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。
实施例1
如图1-3所示，本发明提供了一种基于UWB和毫米波雷达的自动跟随系统，该系统包括：指引终端1和跟随终端2，跟随终端2设置在移动载具3上，用于控制移动载具3跟随指引终端1，实现自动跟随的目的。具体地，指引终端1为搭载有第一UWB芯片(未示出)的电子移动设备，移动载具3为自动移动载具，其上设置有控制器31，用于控制移动载具3移动。跟随终端2包括：壳体25，设置在壳体25内的MCU21、第二UWB芯片22和毫米波芯片23，第二UWB芯片22和毫米波芯片23通过SPI总线与MCU21连接。第二UWB芯片22设置有两块，用于确定指引终端1的具体位置，两块第二UWB芯片22分别采用PDOA和AOA算法进行定位，增加了定位的准确度。壳体25两侧设置有固定片28，固定片28通过螺栓将跟随终端2固定在移动载具3上。壳体上设置有两根UWB天线26，两根UWB天线26分别与两块第二UWB芯片26相连，并通过UWB天线26与第一UWB芯片(未示出)通讯连接，以使得第一UWB芯片(未示出)与第二UWB芯片22能进行配对。需要说明的是，UWB芯片能够作为信息载体，指引终端1和跟随终端2的ID编号等信息能够通过UWB芯片进行传输，从而实现配对，具体过程为现有技术，在此不做赘述。壳体25朝向指引终端1的一侧设置有毫米波天线27，毫米波芯片23与毫米波天线27相连，使得毫米波芯片23能够对前方的障碍物进行检测。具体地，毫米波天线27为由接收发送天线组成的天线阵列，保证信号的正常接收。
具体地，本发明的工作流程如下：
首先通过固定片28将跟随终端2固定在移动载具3上。当需要移动载具进行自动跟随时，使用搭载第一UWB芯片(未示出)的电子移动设备(如手机)，与跟随终端2上的第二UWB芯片22配对，若配对成功，则MCU21将指引终端1与跟随终端2进行绑定。然后启动第二UWB芯片22和毫米波芯片23获取指引终端1的位置信息和前方障碍物的信息，其中位置信息包括：指引终端1所在位置，与跟随终端2所形成的角度等信息。然后MCU21将位置信息和障碍物信息进行时间、空间的同步，基于数据融合算法，将两者进行融合，从而得到坐标信息，MCU21再将坐标信息通过数据接口24传递给移动载具3上的控制器31，使控制器31控制移动载具3进行跟随。需要说明的是，本发明涉及的数据融合算法和通过控制器31控制移动载具3移动的控制程序均为现有技术，数据融合算法为多传感器的数据融合算法，已广泛应用在军事、医疗诊断、空中交通管制、工业自动控制及机械故障诊断等多个领域，本发明不涉及对其的改进；通过控制器31控制移动载具3的控制程序在AGV领域也较为常见，在此不做赘述。
如图4所示，本发明还提供了一种基于UWB和毫米波雷达的自动跟随方法，该方法包括：
配对步骤S1：与指引终端进行配对。
步骤S2：判断是否配对成功，若成功则进行下一步，若不成功，则重新进行配对。
锁定步骤S3：配对成功后，对指引终端进行锁定。
获取步骤S4：基于UWB定位技术获取指引终端的位置信息，基于毫米波定位技术获取障碍物信息。
处理步骤S5：基于位置信息和障碍物信息生成坐标信息。具体地，将位置信息和障碍物信息进行时间和空间的同步，然后基于数据融合算法将同步后的位置信息和障碍物信息进行融合，生成坐标信息。
输出步骤S6：将坐标信息输出到移动载具的控制器，以使得所述控制器控制移动载具进行跟随。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。
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