能化”所要求的某部分的功能，较少考虑到小车的跟随性和负重方面。近些年来，很多的智能小车的设计，都在专注于它的智能，它的多功能，运用了很多的高新科技技术，成为高新智能技术的只用代表性科研成果，然而，这些智能小车，却只是发展成一些高级的智能玩具，我们并没有把它们拥有的强大功能和技术应[1]，用到一些更广阔的领域里。此外，在国内具有跟随性的产品，一般是有轨的机械跟随，而且是应用在车间生产机器上，或是应用于比赛场地的有轨跟随拍摄的小车，还没有应用于餐厅、旅馆 、机场、超市等大众场合，或家庭产品中。基于长期对智能小车的研究开发，自动化设计、小车的自动壁障[2]等，设计的资源共享度已变得很高，技术也相对很纯熟，对于开发新型跟随性智能小车技术上有保障。随着计算机技术的不断进步以及自动化控制系统的发展，同时基于设计团队对巡轨和跟随技术的深入探究[3]，打造一款超声波与红外交互的有无轨双模式自适应跟随承重模块，跟随主人前进的小车，利用智能化的工作方式在日常生活中有效的减少时间，提高人们的工作效率，适应当今社会发展的需求[4]。 1 模块设计的功能
这款机器为了在消耗过多人力或操作繁琐搬运货物的情况下，为减少人力且节省搬运过程花费时间与步骤所设计的。它是由单人操作进行，在计算机语言的输入指令下不断进行搬运货物，对货物的承重，搬运力度，移动距离，轨道设计都是通过模拟人类肌肉发力而设定，能做到如同一个专业工人在搬运。并且，在多台机器工作下，它的其前端设计有红外线功能，若前方存在移动障碍区，会被感应并作出对应的措施，绕道，减速，停止等反应动作[5]。可以大大减少人力的使用，避免货物过多等堆积现象。目前就物流一块而言已因快递过多出现货物堆积或是快递员处理快递过多，对快递出现暴力等现象，此机器可以大大降低这种现象的发生。其结构示意图如图1所示。
1.电机保护外壳、
2.步进电机、
3.挡泥板、
4.轻型载货车轮
5.减震弹簧、
6.弹簧固定轴、
7.无刷电机、
8.联动杆、
9.承重板、10.测距及红外巡轨模块、11.拉杆、12.二次拉杆按钮
图1 模型结构示意图
主要电子元器件及其型号：包括STC15W4K系列单片机；HC-SR04模块；38k红外模块；L2930驱动模块；DC-DC可调降压模块LM2596S；L298N双H式电机驱动模块；STM32舵机控制板；三串四并18650高能锂电池舵机；MG996R模拟舵机（270°，180°）；其他：超耐磨聚氨酯载重轮;40Cr承重底
盘。
3 工作原理
本设计由超耐磨聚氨脂载重轮作为机器移动设备，载重模块采用双电源供电，区分单片机（STC51W4K）控制部分和驱动轮电机部分，三个常用的HC-SR04超声波模块进行测量距离及其角度，所得数据通过VC++程序分别传给电脑的舵机和电机控制器，将动作组指令发送至各控制器实现其跟随功能；单片机（STC51W4K）模拟产生PWN波控制载货小车速度，控制动力驱动转向电压波形来实现载重模块巡轨
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功能。利用超声波测距模块与红外模块相互辅助完成跟随设
薯片加工设备计，设计的工作模式可分为两种，分别为寻轨模式和无轨模式。寻轨模式：主要以89C52单片机为核心，用单片机模拟
产生PWN 波控制载货小车速度[6]，控制动力驱动转向电压波形来实现载货车的寻轨目的，红外模块用于连接，判断与前方控制者的距离。另外红外线在不同颜的物体表面具有不同的反射性质的特点，在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白纸质地板时发生漫反射，反射光被装在小车上的接收管接收；如果遇到黑线则红外光被吸收，小车上的接收管接收不到红外光。单片机以是否收到反射回来的红外光为依据来确定黑线的位置和小车的行走路线[7]。无轨模式：主要是利用STC15W4K 单片机和HCSR04自制锅盖天线
模块设计对射式测距系统，首先通过38k 载波的红外发射头和接收头，实现发射探头和接收探头之间的时间同步[8]，再运用C 语言进行逻辑处理，其次利用三个常用的HC-SR04超声波模块测量距离及角度，达到跟随的目的。
测距模块工作原理图如图2，具体流程如图3所示。图2 测距模块工作原理图
图3 工作流程图
系统测距存在系统误差，造成系统误差原因包括元器件的延时、单片机运行速度、超声集成模块近距离检测存在死
区以及环境干扰等因素。
4 实验分析
设实验场地，如图4所示。
图4 场地示意图
其中s1、s2、s3均为声音检测装置，坐标点分别为(0,a)、
(0,0)、(a,0)，小车所在位置为(x,y)。设声速为v，声音到达三点的所需时间为t1，t2，t3，则可由下列方程：
则可由下列方程：
1t v =(1)
2t v =
(2)
3t v = (3)
所示：
112t t t =− (4)大数据恢复
232t t t =− (5)
波纹片成型机
x，y 的解为：
1
x (6) 12112
222a
t ax a t a t y t ∆+∆−∆=∆ (7)
其中
22
112a v t a =∆− 222
22a v t a =∆−
2224222
121444t v a d t a v β=∆−+∆ 222
21112224()4t a v a t a t a
β=∆∆−∆−∂ 222
311222()v a t a t a a β=∆−∆− 由上述公式所测得数据，其中：A 是超声波探头1测量
出来的距离， B 是超声波探头2测出来的距离。C 是A 与B 之间的距离。经多次实验，利用三角定位的原理就可以得到距离和角度[9]。根据测量数据，得出结果如图5所示。
经实验证明，系统误差较小，系统跟随特性比较稳定。
旗杆基础
所得数据通过VC++程序分别传给电脑的舵机和电机控制
器，将动作组指令发送至各控制器实现其跟随功能；单片机
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图5 超声波测距实验结果图
为提高模块跟随的准确性，主要的控制的指标和关键有以下五个方面：
a.HC-SR04模块设计对射式测距系统构建；
b.控制电路设计（巡轨和自动跟随控制时序设计）；
c.双AD 编码电机驱动，载重模块差速转向，实现转弯；
d.测试蓝牙连接，超声波模块的定位，计算超声波模块反馈时间差；
e.载重底板静应力分析：底盘材料为选用40Cr （调质），
硬度为250HBS，具备良好的抗震和承重能力，理论分析显
示：当给予外力900N 作用于承重板时，承重板前端发生轻微变形，理论上F ≈
900N 为承重板的最大承载力，该最大
承载力基本满足日常使用要求[10]，底板在外力900N 作用
下产生弯曲变形，如图6所示。
图6 静应力效果分析图
5 设计特点
（1）适应范围广积分声级计
载重模块在消耗过多人力或操作繁琐搬运货物的情况
下，减少人力且节省搬运过程花费时间与步骤，可广泛运用于机场、商场、超市、酒店等公共场合；也可广泛运用于工厂运输、物流运输甚至某些家用方面等等，极大减轻人工搬HC-；该
品的设计具有高可靠性，操作简单，界面友好的特点。
6 总结
目前，跟随性技术多应用于多智能小车的众多功能中，
大都是注重电脑对小车的操控，或者光源，路面，颜等对小车行进状态的控制，跟随技术仅仅用于这其中的一小段过程[11]。而跟随主人运动的行进模式，却很少见。基于HC-SR04超声波与红外交互
的有无轨双模式自适应跟随小车，主要由超声波模块，红外线以及蓝牙模块所组成，使用前我们可以利用手机连接到产品中的蓝牙模块，利用超声波模块测量前方距离实现精准定位，红外线实现实时跟随主人的行走方向运动，而且根据蓝牙信号的变化来实现自动跟随。产品结构简单，采用模块化设计，节省空间，制造成本低，性价比高，易于推广和移植，具有独立性，扩展性，提高了工
作效率，可以带来更多的经济，具有广阔的应用前景。
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（下转第5页）
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Q2的基极，控制继电器关闭水泵，同时引脚16输出低电平
给三极管Q3的基极，控制继电器打开热风口直至吹干鞋底。
水位传感器Q 监测储水瓶中清水的使用情况，接单片机的引
脚1，水位传感器W 监测污水的储存情况，接单片机的引脚2，
传输信号给单片机，控制引脚7输出低电平给三极管Q4的基极，三极管Q4集电极接蜂鸣器，对不同的情况做出不同的报警[4]。
3 软件系统设计
本设计通过传感器采集信号，经 ST-
C15W401AS 芯片处理后控制蜂鸣器以及通过
控制继电器来控制电机、水泵和热风机工作。
首先，红外传感器检测鞋子进入，控制机器进行清扫鞋底工作；同时检测水位传感器的电压判断是否高\低于预设值，
控制蜂鸣器进行报警[5]。
4 结语
为了解决来访人员进家门换鞋的尴尬问题，本文设计了一种全自动鞋底清洁机，其结构包括机械装置和控制电路。其主要内容有：
（1）机械部分设计，包括主体箱、电机、水泵和热风机等。（2）控制电路设计，包括光电检测、水位检测，单片机和驱动电路等。先由传感器检测鞋子，经过单片机处理，
实现对机械部分的工作状态控制，达到对鞋底的全自动清洁。（3）单片机程序设计，其工作过程是当红外线检测到
鞋子的放入机器时，自动依次完成喷水和洗刷，干燥和蜂鸣，检测到水箱内水位高或低于阈值时，自动提醒。
参考文献
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（上接第20页）
