CN106691798A - 一种智能化导盲仗 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种智能化导盲仗,其特征在于包括:超声波传感器阵列(100),其安装在导盲杖偏下位置,用于实现超声波测距;姿态解算单元(101),用于解算出导盲杖的运动方向、运动速率和空间位置;环境检测单元(103),用于实现周围环境的检测,包括温度、湿度、大气压和红外探测,用于提供环境信息;信号处理单元(104),用于对超声波传感器阵列(100)、姿态解算单元(101)、环境检测单元(103)提供的信息进行判断、处理及综合,生成提示信号;振动提示马达,用于将所述提示信号转换为振动,该振动通过传递到使用者手掌而向使用者提示不同的信息。
Description
技术领域
本发明应涉及一种智能化导盲仗。
背景技术
随着医疗水平的提高,视障人群对自身的健康及生活质量提出了更高的要求。在发达国家中,对于严重视障人群,往往使用导盲犬协助其提高生活自理能力。而在我国,由于导盲犬数量和视障人群的数量严重失调,因此,相当多的严重视障人群与社会隔离,造成心理痛苦。
近年来由于传感器技术和低功耗信号处理技术的快速发展,使得多传感器融合在导盲仗的实现成为可能,智能化水平也有进一步的发展。
发明内容
针对现有技术的上述缺陷,本发明人提出了由超声波传感器及其他传感器、信号处理器和振动提示马达组成一种智能化导盲仗。
本发明提供了一种智能化导盲仗,包括超声波传感器阵列、姿态解算单元、环境检测单元、信号处理单元、电池供电单元和振动提示马达6个部分。其中,超声波传感器阵列使用多组超声波传感器,以实现360度超声波测距。姿态解算单元用于实现盲杖的倾斜及运动解算。环境检测单元用于实现周围环境的检测,包括温度、湿度、大气压和红外探测等,用于提供环境信息。信号处理单元用于实现对所有信息的判断、处理及融合,一般应使用DSP类芯片。电池供电单元采用蓄电池作为供电来源,并变换为其他单元的所需的电源。振动提示马达用于实现将相关提示信号转换为振动信号,该振动信号通过传递到使用者手掌的振动提示不同的信息。
超声波传感器阵列使用多组超声波传感器,以实现360度超声波测距。由于单个超声传感器的探测角度较小,所以可采用多传感器并行工作的方法增加探测能力。实际布置时,该阵列应布置与导盲杖的下部,并且主要涵盖导盲杖的前进方向。
姿态解算单元采用三轴陀螺仪、三轴加速度计及三轴电子罗盘传感器组成一个嵌入式姿态测量系统。陀螺仪由于动态性能好,用于获取实时姿态信息。但陀螺仪因为会产生偏移,而加速度计与电子罗盘因其静态性能比较优越,所以用来对陀螺仪姿态计算过程中的误差进行修正。
环境检测单元用于实现周围环境的检测,包括温度、湿度、大气压和红外探测等,用于提供环境信息。环境检测单元由一系列传感器组成,其信息需传递到信号处理单元,作为信息提取的参考。
信号处理单元用于实现对所有信息的判断、处理及融合,一般应使用低功耗DSP类芯片。信号处理单元的输入信号来自于超声波传感器阵列、姿态解算单元和环境检测单元的输出,其输出与振动提示马达相连。信号处理单元应融合上述三个单元的信息,并给出各种提示及引导。提示内容涵盖危险提示、过热提示、障碍提示等多维信息,以更好的引导与提示信息。
电池供电单元采用蓄电池作为供电来源,并变换为其他单元的所需的电源。电池一般采用锂离子电池,以考虑轻便和电池容量,并设计出可充电接口。考虑导盲杖各部分都需要供电,电池供电单元应完成导盲杖其他所有单元的供电。
振动提示马达用于实现将相关提示信号转换为振动信号,该振动信号通过对手掌的振动提示不同的信息。振动提示马达可布置多个马达,通过提示位置和强度的不同,以对应于不同的情况和风险情况。
根据本发明的一个方面,提供了一种智能化导盲仗,其特征在于包括:
进行超声波测距的超声波传感器阵列,其安装在导盲杖偏下位置;
振动把手,其位于所述智能化导盲仗的上端;
信号处理单元,其安装在所述智能化导盲仗中;
姿态解算单元,它安装在所述智能化导盲仗中并与信号处理单元相连,把它生成的表示导盲杖的运动方向、运动速率和空间位置的信号传送给信号处理单元;
环境检测单元,它安装在所述智能化导盲仗中并与信号处理单元相连,把它生成的温度、湿度、大气压和红外探测数据提供给信号处理单元;
振动提示马达,其安装在振动把手中,并与所述信号处理单元相连,根据所述提示信号产生振动,该振动通过振动把手传递到使用者手掌。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的智能化导盲仗的示意图。
图2是根据本发明的一个实施例的智能化导盲仗的配置图。
图3是根据本发明的一个实施例的智能化导盲仗的信号处理部分的配置图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。
图1是根据本发明的一个实施例的智能化导盲仗的示意图,显示了各部分的位置关系和一种安装方式,其中各单元的具体位置可有所不同。图1中,100为超声波传感器阵列,一般安装在导盲杖偏下位置。这是考虑到靠近地面的位置对导盲的参考意义更大,因此此位置也是超声波传感器阵列的重点探测位置。
根据本发明的一个实施例的超声波传感器阵列100包括多组超声波传感器,以实现360度超声波测距;由于单个超声传感器的探测角度较小,所以采用了多传感器并行工作的方法增加探测能力。
101为姿态解算单元,其采用包括三轴陀螺仪、三轴加速度计及三轴电子罗盘的一个嵌入式姿态测量系统。姿态解算的传感器一般布置在超声波传感器阵列100的上面,通过上述三轴陀螺仪、三轴加速度计及三轴电子罗盘解算出导盲杖的运动方向,运动速率和空间位置,为信号处理单元104进行解算提供参考。
可选用目前已商品化的MEMS传感器,具体型号可参考Honeywell、ADI及其他芯片厂商。姿态解算单元101内含DSP处理器,将上述用于姿态解算的传感器的输出解算后得到导盲杖的运动方位和运动速度,并将该信息传递给信号处理单元104。
102为电池供电单元,在本发明的一个具体实施例中采用锂离子电池,并设计出可充电接口和电源变换电路,已完成充电和导盲杖其他所有单元的供电功能。
103为环境检测单元,环境检测单元用于实现周围环境的检测,包括温度、湿度、大气压和红外探测等,用于提供环境信息。环境检测单元103一般布置在电池供电单元102的上面,内含有温度、湿度、大气压和红外探测等传感器,以获取环境信息。上述温度、湿度、大气压和红外探测等传感器可选用目前已商品化的MEMS传感器,具体型号可参考相关芯片厂商。
104为信号处理单元,用于实现对超声波传感器阵列100、姿态解算单元101、环境检测单元103提供的信息的判断、处理及融合,一般应使用低功耗DSP类芯片。具体DSP芯片应考虑性能和功耗的折衷,并考虑便携式设计的各种要求。
105为振动把手,其中安装有振动马达;该振动马达可采用多个超声波振动马达或者普通振动马达组成一个多维的振动提示器。
图2为根据本发明的一个实施例的智能化导盲仗的各部分连线示意图。其中,超声波传感器阵列100的超声波测距信号通过串口与信号处理单元104相连。姿态解算单元101通过串口与信号处理单元104相连,姿态解算单元101内部采用低功耗DSP实现姿态解算算法。环境检测单元103含有多个环境传感器(如上述温度、湿度、大气压和红外探测等传感器),并通过微处理器实现环境信息的检测,并通过串口与信号处理单元104相连。信号处理单元104的输入信号来自于超声波传感器阵列100、姿态解算单元101、环境检测单元103,并通过串口与上述各单元连接,其输出信号与振动提示马达(未显示)相连。电池供电单元102一般采用锂离子电池,并包括可充电接口和电源变换电路,以完成充电和对超声波传感器阵列100、姿态解算单元101、环境检测单元103、信号处理单元104及振动提示马达的供电。
总之,导盲杖的信号来自于超声波传感器阵列100、姿态解算单元101、环境检测单元103,经过信号处理单元104处理后,输出到振动提示马达。
图3为根据本发明的一个实施例的信号处理单元的功能框图。在根据本发明的其他实施例的信号处理单元中,图3所示的功能一般都应包括,但处理顺序可能有所差异。所述功能应在一定的时钟节拍下进行处理,并满足实时性处理要求,一般时钟节拍在100ms左右。图3所示的实施例中,更新姿态位置模块201用于获取姿态解算单元101输出的信息,为后续信息融合做好准备。更新超声波测距结果模块202用于获取超声波传感器阵列100输出的信息,为测距和避障的主要手段。更新环境测量信息模块203用于获取环境检测单元103输出的信息,为环境中危险信息判断的辅助步骤。融合姿态位置和测距信息模块204将姿态位置和超声波测距结果进一步处理,进一步提高超声波测距的准确度和有效性。进一步融合环境信息模块205将上述信息与环境信息进一步融合,为输出判断提供数据进行准备。解算和分类输出提示信息模块206将所有的信息进行判断和决策,给出最终的各种提示信息。控制振动马达输出模块207用于对振动提示马达进行控制,将提示信息进行分类和强度进行控制,以实现对多维振动的控制。
本发明的优点和有益效果包括
本发明具有如下的优点:
(1)具有高度的智能性,体现在利用多传感器对周围环境和导盲杖姿态的采集,特别适合于环境比较复杂的条件下。
(2)算法的灵活性,体现在可对不同的环境及使用人群进行调配,以达到比较好的导盲避障的目的。
本发明特别适合于环境比较复杂的条件下,并可作为导盲及特殊应用场合探测的有效补充,具备高度的智能型和灵活性。
Claims (8)
1.一种智能化导盲仗,其特征在于包括:
进行超声波测距的超声波传感器阵列(100),其安装在导盲杖偏下位置;
振动把手(105),其位于所述智能化导盲仗的上端;
信号处理单元(104),其安装在所述智能化导盲仗中;
姿态解算单元(101),它安装在所述智能化导盲仗中并与信号处理单元(104)相连,把它生成的表示导盲杖的运动方向、运动速率和空间位置的信号传送给信号处理单元(104);
环境检测单元(103),它安装在所述智能化导盲仗中并与信号处理单元(104)相连,把它生成的温度、湿度、大气压和红外探测数据提供给信号处理单元(104);
振动提示马达(106),其安装在振动把手(105)中,并与所述信号处理单元(104)相连,根据所述提示信号产生振动,该振动通过振动把手(105)传递到使用者手掌。
2.根据权利要求1所述的智能化导盲仗,其特征在于:
超声波传感器阵列(100)包括多组超声波传感器,以实现360度超声波测距。
3.根据权利要求1所述的智能化导盲仗,其特征在于:
姿态解算单元(101)具有包括三轴陀螺仪、三轴加速度计及三轴电子罗盘的一个嵌入式姿态测量系统,通过上述三轴陀螺仪、三轴加速度计及三轴电子罗盘解算出导盲杖的运动方向、运动速率和空间位置。
4.根据权利要求1所述的智能化导盲仗,其特征在于进一步包括:
供电单元(102),用于为所述姿态解算单元(101)、超声波传感器阵列(100)、环境检测单元(103)、信号处理单元(104)、振动提示马达(106)供电。
5.根据权利要求1所述的智能化导盲仗,其特征在于:
环境检测单元(103)包括探测温度、湿度、大气压和红外辐射的传感器,以获取温度、湿度、大气压和红外辐射环境信息。
6.根据权利要求4所述的智能化导盲仗,其特征在于:
供电单元(102)采用锂离子电池。
7.根据权利要求4或6所述的智能化导盲仗,其特征在于:
供电单元(102)具有可充电接口和电源变换电路,以实现充电和对智能化导盲仗的其他部分的供电。
8.基于权利要求1所述的智能化导盲仗的振动发生方法,其特征在于包括:
获取姿态解算单元(101)输出的信息,为后续信息融合做好准备,
获取超声波传感器阵列(100)输出的信息,作为测距和避障的手段,
获取环境检测单元(103)输出的信息,以进行环境中危险信息的判断,
对姿态解算单元(101)输出的信息和超声波传感器阵列(100)输出的信息进行处理,以进一步提高超声波测距的准确度和有效性,
将姿态解算单元(101)输出的信息和超声波传感器阵列(100)输出的信息与环境信息进一步融合,为输出判断提供数据进行准备,
根据姿态解算单元(101)输出的信息和超声波传感器阵列(100)输出的信息与环境信息进行判断和决策,给出提示信号,
根据所述提示信号对振动提示马达(106)进行控制,以实现对振动把手(105)的振动的控制。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20170524 |