随着移动机器人技术的发展,越来越多的服务机器人应用在社会生产和生活中。本文设计了一种基于手机客户端的可自主跟随载运车,可以用来帮助特殊人群(如老人、残疾人等)搬运物品。本课题设计的自主跟随载运车具有两种工作模式:自动模式和手动模式,工作模式的切换由手机端控制。在自主跟随模式下,手机端软件根据目标人物的运动状态使用行人航迹推算的方法获取目标位置,并通过Wi-Fi通信的方式将目标运动路径发送给载运车控制器,控制载运车自主移动。在手动模式下,用户直接操作手机APP软件控制载运车的前进、后退、转向等。(1)通过对自主跟随系统的需求分析进行了整体方案设计,对手机端导航算法和载运车路径规划算法进行了分析研究。基于行人航迹推算算法设计了载运车自主导航方案,针对行人航迹推算的步伐判断、步长估计和方位检测三个步骤中的各自不同的算法进行了对比分析。基于人工势场法的路径规划原理,并根据本课题的实际应用,提出了基于目标历史路径动态选择目标临时位置作为引力场的方法,提高了人工势场法的应用能力。(2)对手机端软件进行了设计。利用Android Studio软件设计平台完成了包括界面设计、传感器监测、航迹推算以及通信模块的设计。其中,传感器监测模块采集手机加速度传感器和磁力计数据,并定时将采集到的数据发送至行人航迹推算模块。航迹推算模块利用这些数据根据选择的计步算法和步长估计算法,确定目标路径。利用Wi-Fi通信,实现了手机端和控制器端的无线通信。(3)实现了自主跟随载运车车身结构和控制系统的设计。控制系统的设计中,首先完成了包括主控制器和电源模块、电机与驱动模块、避障模块和通信模块在内的硬件电路的搭建,然后针对各模块功能,对系统软件进行了流程设计。(4)通过算法仿真和实际测试的方式,对航迹推算算法和路径规划算法进行了验证,结果表明本文的导航算法具有较高的精度,路径规划算法能够实现有效的跟踪和避障效果。两种算法均正确、有效,证明本课题设计的载运车能够完成自主跟随的任务。