CN107440891B - 一种基于数据分析的智能共享导盲机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于数据分析的智能共享导盲机器人及其工作方法，包括机器人主体、控制室以及移动装置，机器人主体包括摄像头、雷达测距传感器、牵引装置以及警示装置，控制室包括处理器、驱动装置、定位装置以及导航装置，定位装置用于获取用户地理位置，导航装置用于生成导盲机器人的行走路线，摄像头用于拍摄所述导盲机器人前进方向的画面，雷达测距传感器用于扫描测量所述导盲机器人与障碍物之间的距离值，牵引装置用于牵引盲人用户，警示装置用于发出警示音提醒过往车辆以及行人。导盲机器人具有避障、语音警示等功能，实现了多功能导盲。
Description
技术领域
本发明涉及导盲机器人领域，特别涉及一种基于数据分析的智能共享导盲机器人。
背景技术
盲人是弱势群体，全世界有数以万计的盲人，盲人需要起居、生活，帮助盲人提升行动方便性有重要意义。传统的，盲人借助盲杖、导盲犬出行，由于有局限性，不能很好的满足导盲需求。因此，国家投入了巨大的人力物力研发导盲机器人，力求能改善盲人的生活状况，提高他们的生活质量，但是由于盲人数目庞大、技术限制，无法将导盲机器人推广惠及到每一个盲人。
几乎所有的视力残疾人士都希望有一个辅助导航设施可以让他们和正常人一样的，能确保他们在路上感觉方便和安全。 随着电子技术和信息技术的发展，技术已经进入工业4.0时代，我们国家也提出了“中国制造2025”和“互联网+”等发展规划，市场上不断推出各种各样的智能产品，涉及到生活的方方面面，包括智能家居、各类服务型机器人等，如何提高导盲机器人的工作效率是一个亟待解决的社会问题。
发明内容
发明目的：
针对背景技术中的问题，本发明提供一种基于数据分析的智能共享导盲机器人。
技术方案：
一种基于数据分析的智能共享导盲机器人，包括：机器人主体、控制室以及移动装置，所述控制室包括处理器、驱动装置、定位装置以及导航装置，所述驱动装置与所述处理器连接，所述定位装置与所述处理器连接，用于获取用户的地理位置并将其发送给所述处理器，所述导航装置与所述处理器连接，用于生成所述导盲机器人的行走路线，所述机器人主体包括摄像头、雷达测距传感器、牵引装置以及警示装置，所述摄像头与所述处理器连接，用于拍摄所述导盲机器人前进方向的画面并将其发送给所述处理器，所述雷达测距传感器与所述处理器连接，用于扫描测量所述导盲机器人与障碍物之间的距离值并将其发送给所述处理器，所述牵引装置包括牵引绳以及手环，所述牵引绳用于连接所述机器人主体与所述手环，所述手环用于固定用户手腕，所述牵引绳以及所述手环均由弹力材料制成，所述警示装置与所述驱动装置连接，用于发出警示音提醒过往车辆以及行人。所述移动装置设置为车轮，与所述驱动装置连接，用于驱动所述机器人主体移动。
作为本发明的一种优选方式，所述手环包括脉搏传感器，所述脉搏传感器与所述处理器连接，用于检测所述用户的脉搏并将脉冲信号发送给所述处理器，所述脉冲信号与脉搏跳动同步。
作为本发明的一种优选方式，所述牵引装置还包括若干储物室，所述储物室用于存放所述牵引绳以及所述手环，所述储物室包括电控开关，所述电控开关与所述驱动装置连接，用于控制所述储物室的开闭状态。
作为本发明的一种优选方式，所述牵引装置还包括收放线装置，所述收放线装置与所述牵引绳连接，由所述驱动装置驱动，用于控制所述牵引绳的收放状态。
作为本发明的一种优选方式，所述机器人主体还包括亮度传感器以及聚光灯，所述亮度传感器与所述处理器连接，用于检测所述机器人主体周围环境的亮度值并将其发送给所述处理器，所述聚光灯与所述驱动装置连接，用于照亮所述导盲机器人前进的方向。
一种基于数据分析的智能共享导盲机器人包括以下工作步骤：
a)第一用户通过盲人手机向所述处理器发送第一请求信号，所述第一请求信号包括第一目的地，所述处理器通过所述第一请求信号后，所述定位装置获取第一用户的第一地理位置并将其发送给所述处理器；
b)所述处理器将所述第一地理位置导入所述导航装置，所述导航装置自动生成第一行走路线并将其发送给所述处理器，所述第一行走路线为所述导盲机器人到所述第一地理位置再到所述目的地的最佳行走路线；
c)所述处理器向所述驱动装置输出第一行走信号，所述驱动装置驱动所述移动装置按照所述第一行走路线行走；
d)所述处理器接收其他用户的请求信号，并判断所述请求信号包括的目的地是否包含在所述第一行走路线中；
e)若是，所述处理器向所述定位装置输出定位信号，所述定位装置获取发送所述请求信号的用户的地理位置并将其发送给所述处理器；
f)所述处理器进一步判断所述地理位置是否包含在所述第一行走路线中；
g)若是，所述处理器向所述驱动装置输出接纳信号，所述驱动装置驱动所述移动装置在所述地理位置处暂停，接纳其他用户；
作为上述方法的进一步说明，步骤d还包括：
若否，所述处理器计算所述目的地到所述第一行走路线的最短距离，并判断所述最短距离是否小于等于第一预设距离；
若是，则执行步骤e；
若否，所述处理器拒绝所述请求信号。
作为上述方法的进一步说明，步骤f还包括：
若否，所述处理器计算所述地理位置到所述第一行走路线的最短距离，并判断所述最短距离是否小于等于所述第一预设距离；
若是，所述处理器向所述驱动装置输出接纳信号，所述驱动装置驱动所述移动装置向所述地理位置行走；
若否，所述处理器判断所述最短距离是否小于等于第二预设距离；
若是，所述处理器选取一个中转点并将其所述中转点的位置发送给所述盲人手机，同时向所述驱动装置输出中转信号，所述驱动装置驱动所述移动装置向所述中转点行走；
若否，所述处理器拒绝所述请求信号。
作为上述方法的进一步说明，步骤d中判断所述请求信号包括的目的地是否包含在所述第一行走路线中与步骤f中判断所述地理位置是否包含在所述第一行走路线中还包括：
所述处理器进一步判断所述目的地以及所述地理位置是否在所述导航机器人已经过的第一行走路线中；
若是，所述处理器拒绝所述请求信号
作为上述方法的进一步说明，所述处理器与所述脉搏传感器建立一对多的关系；
所述脉搏传感器将各自的脉冲信号发送给所述处理器；
所述处理器根据所述脉冲信号判断是否有未使用的牵引绳；
若是，则所述处理器接收其他用户的请求信号；
若否，则所述处理器不再接收其他用户的请求信号。
本发明实现以下有益效果：
1.本发明提供的共享导盲机器人可以同时牵引多为盲人用户，大大提高了导盲机器人的工作效率；
2.利用与脉搏信号同步的脉冲信号作为判断请求信号的依据，较为准确；
3.导盲机器人设置有聚光灯，能提醒过往车辆行人注意避让；
4.设置有警示装置，以便发出警示音提醒过往车辆以及行人。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并于说明书一起用于解释本公开的原理。
图1为一种基于数据分析的智能共享导盲机器人的基本工作步骤；
图2为处理器是否接收请求信号的总流程；
图3为处理器是否接收请求信号的第一步判断；
图4为处理器是否接收请求信号的第二步判断；
图5为本发明导盲机器人的主视图；
图6为本发明导盲机器人的后视图；
图7为本发明储物室内部结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例一
如图1、5、6所示，一种基于数据分析的智能共享导盲机器人，包括：机器人主体1、控制室2以及移动装置3，所述控制室2包括处理器4、驱动装置5、定位装置6以及导航装置7，所述驱动装置5与所述处理器4连接，所述定位装置6与所述处理器4连接，用于获取用户的地理位置并将其发送给所述处理器4，所述导航装置7与所述处理器4连接，用于生成所述导盲机器人的行走路线，所述机器人主体1包括摄像头8、雷达测距传感器9、牵引装置10以及警示装置11，所述摄像头8与所述处理器4连接，用于拍摄所述导盲机器人前进方向的画面并将其发送给所述处理器4，所述雷达测距传感器9与所述处理器4连接，用于扫描测量所述导盲机器人与障碍物之间的距离值并将其发送给所述处理器4，所述牵引装置10包括牵引绳12以及手环13，所述牵引绳12用于连接所述机器人主体与所述手环13，所述手环13用于固定用户手腕，所述牵引绳12以及所述手环13均由弹力材料制成，所述警示装置11与所述驱动装置5连接，用于发出警示音提醒过往车辆以及行人。所述移动装置3设置为车轮，与所述驱动装置5连接，用于驱动所述机器人主体移动。
所述手环13包括脉搏传感器14，所述脉搏传感器14与所述处理器4连接，用于检测所述用户的脉搏并将脉冲信号发送给所述处理器4，所述脉冲信号与脉搏跳动同步。
所述牵引装置10还包括若干储物室15，所述储物室15用于存放所述牵引绳12以及所述手环13，所述储物室15包括电控开关16，所述电控开关16与所述驱动装置5连接，用于控制所述储物室15的开闭状态。
所述牵引装置10还包括收放线装置17，所述收放线装置17与所述牵引绳12连接，由所述驱动装置5驱动，用于控制所述牵引绳12的收放状态。
具体的，在所述定位装置6获取用户的地理位置并发送至处理器4后，所述处理器4将用户定位与机器人所在位置发送至所述导航装置7，所述导航装置7会根据处理器4传输的信息生成一条导盲机器人行走的最便捷最短的路线；所述摄像头8位于机器人各个面，在所述机器人行走的过程中所述摄像头8会实时拍摄所述导盲机器人前进方向上一定距离的画面并传输至所述处理器4中，所述处理器4会将所述画面与预存在处理器4中的原始三维街景在机器人行走方向的剖面图进行对比，判断在原始画面上是否有多余的物体，若是，则将该物体视为障碍物，此时，所述处理器4会发送启动信号至所述雷达测距传感器9，所述雷达测距传感器9通过测量电磁波在雷达与障碍物间往返的时间以实时测算出所述导盲机器人与障碍物之间的距离值，并将所述距离值发送至所述处理器4中，所述处理器4会判断测算出的距离是否大于预设值，若大于预设值则继续前进；在测算出的距离不大于预设值时，所述处理器4发送换向信号至所述驱动装置5以控制所述移动装置3变换行进方向以躲避障碍物。所述处理器4还具有识别交通信号灯的功能，在所述处理器4判断出所述摄像头8拍摄到前方画面中有交通信号灯时，会进一步判断，若是绿灯，则不会对其余装置做发出工作指令，若是红灯，则会控制所述警示装置11对受牵引的盲人进行语音提示。所述摄像头8还用于对实时影像的摄取，在摄取影像的同时，所述摄像头8还将所述影像传输至所述处理器4，所述处理器4会以机器人所在位置为原点，分别以R1为半径作第一预设区域，以R2为半径作第二预设区域，且R1<R2，所述处理器4判断在实时影像中是否有人物体接近，当物体进入第二预设区域并且没有进入第一预设区域时，所述处理器4控制所述警示装置11向其发出警示语音；当物体进入第一预设区域时，所述处理器4向所述驱动装置5发送避让指令以进行避让。
实施例二
如图1、2、3、4、7所示，一种基于数据分析的智能共享导盲机器人包括以下工作步骤：
a)第一用户通过盲人手机向所述处理器发送第一请求信号，所述第一请求信号包括第一目的地，所述处理器通过所述第一请求信号后，所述定位装置6获取第一用户的第一地理位置并将其发送给所述处理器4；
b)所述处理器4将所述第一地理位置导入所述导航装置7，所述导航装置自动生成第一行走路线并将其发送给所述处理器4，所述第一行走路线为所述导盲机器人到所述第一地理位置再到所述目的地的最佳行走路线；
c)所述处理器4向所述驱动装置5输出第一行走信号，所述驱动装置5驱动所述移动装置按照所述第一行走路线行走；
d)所述处理器4接收其他用户的请求信号，并判断所述请求信号包括的目的地是否包含在所述第一行走路线中；
e)若是，所述处理器4向所述定位装置6输出定位信号，所述定位装置6获取发送所述请求信号的用户的地理位置并将其发送给所述处理器4；
f)所述处理器4进一步判断所述地理位置是否包含在所述第一行走路线中；
g)若是，所述处理器4向所述驱动装置5输出接纳信号，所述驱动装置5驱动所述移动装置在所述地理位置处暂停，接纳其他用户；
步骤d还包括：
若否，所述处理器4计算所述目的地到所述第一行走路线的最短距离，并判断所述最短距离是否小于等于第一预设距离；
若是，则执行步骤e；
若否，所述处理器4拒绝所述请求信号。
作为上述方法的进一步说明，步骤f还包括：
若否，所述处理器4计算所述地理位置到所述第一行走路线的最短距离，并判断所述最短距离是否小于等于所述第一预设距离；
若是，所述处理器4向所述驱动装置5输出接纳信号，所述驱动装置5驱动所述移动装置向所述地理位置行走；
若否，所述处理器4判断所述最短距离是否小于等于第二预设距离；
若是，所述处理器4选取一个中转点并将其所述中转点的位置发送给所述盲人手机，同时向所述驱动装置5输出中转信号，所述驱动装置5驱动所述移动装置3向所述中转点行走；
若否，所述处理器4拒绝所述请求信号。
步骤d中判断所述请求信号包括的目的地是否包含在所述第一行走路线中与步骤f中判断所述地理位置是否包含在所述第一行走路线中还包括：
所述处理器进4一步判断所述目的地以及所述地理位置是否在所述导航机器人已经过的第一行走路线中；
若是，所述处理器4拒绝所述请求信号
所述处理器4与所述脉搏传感器建立一对多的关系；
在步骤d之前，所述脉搏传感器将各自的脉冲信号发送给所述处理器；
所述处理器根据所述脉冲信号判断是否有未使用的牵引绳；
若是，则所述处理器接收其他用户的请求信号；
若否，则所述处理器不再接收其他用户的请求信号。
具体的，在所述导盲机器人在待机时接收到的第一个请求信号为第一请求信号，之后接收的第二个请求信号为第二请求信号，第三个为第三请求信号，以此类推。在接收到第一请求信号之后，所述导盲机器人会根据第一行走路线向用户所在位置前进，在到达第一地理位置之前所述处理器4不接收请求信号。在导盲机器人到达第一地理位置，并接收了第一用户之后开始接收第二请求信号。在所述处理器4接到第二请求信号时，需要判断是否通过请求信号，第一步如图3所示，当所述第二请求信号目的地不在所述第一行走路线上时，所述处理器4会计算所述目的地到所述第一行走路线的最短距离并判断所述最短距离是否小于等于第一预设距离，若否，则拒绝所述请求信号；若是，则执行步骤e，进一步的，在所述定位装置6获取第二用户所在位置并发送至所述处理器4后，需要对所述第二用户位置是否在第一行走路线上做出第二部判断，如图4所示，若判断出第二用户所在位置不在第一行走路线上，则所述处理器4会做出进一步判断，同样的，对第二用户所在位置到所述第一行走路线的最短距离进行测算并判断该最短距离是否小于等于所述第一预设距离，若是，则所述处理器4向所述驱动装置5输出接纳信号，所述驱动装置5驱动所述移动装置向所述第二用户位置行走；若否，则所述处理器4做出进一步判断，所述最短距离是否小于第二预设距离，若是，则所述处理器4选取一个中转点并将所述中转点的位置发送给所述盲人手机，同时驱动所述驱动装置5驱动所述移动装置3向所述中转点行走；若否，则拒绝所述请求信号。进一步的，所述处理器4还会判断所述请求信号中的目的地以及地理位置是否在所述导航机器人经过的第一行走路线中，若是，则拒绝所述请求信号，在导盲机器人行走的过程中，当所述处理器4判断所述定位装置6对所述请求信号中的用户所在位置定位或目的地位置定位中处于已经过路线时，则所述处理器4拒绝该请求信号。
在所述处理器4根据以上判断接收第二请求信号后，所述定位装置6将把所述导盲机器人所在位置、所述第二用户所在位置或中转点位置、第二目的地、第一目的地进行定位并发送至所述处理器4，所述处理器4将定位位置导入所述导航装置7，所述导航装置7会根据所述地位位置生成一第二行走路线，同样的，在所述导盲机器人到达所述第二用户所在位置或中转点位置之前不接收第三请求信号，以此类推。
由于所述储物室15内储存的所述牵引绳12数量有限，当所述牵引绳12用完时，所述处理器4不再接收用户请求信号。每当所述处理器4接收请求信号并成功牵引一位用户时，设置在所述手环13上的所述脉搏传感器14会根据用户的脉搏跳动发出脉冲信号至所述处理器4，所述处理器4与所述脉搏传感器14建立一对多的关系，所述处理器4根据所述脉冲信号的数量判断所述牵引绳12的使用数量是否到达上限，若是，则不再接收请求信号；若否，则继续接收请求信号。
实施例三
如图5所示，一种基于数据分析的智能共享导盲机器人，所述机器人主体还包括亮度传感器18以及聚光灯19，所述亮度传感器18与所述处理器4连接，用于检测所述机器人主体周围环境的亮度值并将其发送给所述处理器4，所述聚光灯19与所述驱动装置5连接，用于照亮所述导盲机器人前进的方向。
具体的，由于夜间昏暗，过往车辆以及行人难以看清盲人，因此盲人在夜间出行的难度更大。所述机器人主体1中设置有预设亮度阈值，所述亮度传感器18检测环境亮度值并传输至所述处理器4中，所述处理器4判断所述环境亮度值是否低于亮度阈值，若是，则向所述驱动装置5输出照明信号，所述驱动装置驱动聚光灯19照亮机器人四周，以便使过往车辆及行人注意到盲人用户。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的是让熟悉该技术领域的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此来限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作出的等同变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于数据分析的智能共享导盲机器人，包括：机器人主体、控制室以及移动装置，其特征在于，所述控制室包括处理器、驱动装置、定位装置以及导航装置，所述驱动装置与所述处理器连接，所述定位装置与所述处理器连接，用于获取用户的地理位置并将其发送给所述处理器，所述导航装置与所述处理器连接，用于生成所述导盲机器人的行走路线，所述机器人主体包括摄像头、雷达测距传感器、牵引装置以及警示装置，所述摄像头与所述处理器连接，用于拍摄所述导盲机器人前进方向的画面并将其发送给所述处理器，所述雷达测距传感器与所述处理器连接，用于扫描测量所述导盲机器人与障碍物之间的距离值并将其发送给所述处理器，所述牵引装置包括牵引绳以及手环，所述牵引绳用于连接所述机器人主体与所述手环，所述手环用于固定用户手腕，所述牵引绳以及所述手环均由弹力材料制成，所述警示装置与所述驱动装置连接，用于发出警示音提醒过往车辆以及行人；所述移动装置设置为车轮，与所述驱动装置连接，用于驱动所述机器人主体移动；
其中，所述智能共享导盲机器人包括以下工作步骤：
a)第一用户通过盲人手机向所述处理器发送第一请求信号，所述第一请求信号包括第一目的地，所述处理器通过所述第一请求信号后，所述定位装置获取第一用户的第一地理位置并将其发送给所述处理器；
b)所述处理器将所述第一地理位置导入所述导航装置，所述导航装置自动生成第一行走路线并将其发送给所述处理器，所述第一行走路线为所述导盲机器人到所述第一地理位置再到所述目的地的最佳行走路线；
c)所述处理器向所述驱动装置输出第一行走信号，所述驱动装置驱动所述移动装置按照所述第一行走路线行走；
d)所述处理器接收其他用户的请求信号，并判断所述请求信号包括的目的地是否包含在所述第一行走路线中；
e)若是，所述处理器向所述定位装置输出定位信号，所述定位装置获取发送所述请求信号的用户的地理位置并将其发送给所述处理器；
f)所述处理器进一步判断所述地理位置是否包含在所述第一行走路线中；
g)若是，所述处理器向所述驱动装置输出接纳信号，所述驱动装置驱动所述移动装置在所述地理位置处暂停，接纳其他用户。
2.根据权利要求1所述的一种基于数据分析的智能共享导盲机器人，其特征在于：所述手环包括脉搏传感器，所述脉搏传感器与所述处理器连接，用于检测所述用户的脉搏并将脉冲信号发送给所述处理器，所述脉冲信号与脉搏跳动同步。
3.根据权利要求1所述的一种基于数据分析的智能共享导盲机器人，其特征在于：所述牵引装置还包括若干储物室，所述储物室用于存放所述牵引绳以及所述手环，所述储物室包括电控开关，所述电控开关与所述驱动装置连接，用于控制所述储物室的开闭状态。
4.根据权利要求1所述的一种基于数据分析的智能共享导盲机器人，其特征在于：所述牵引装置还包括收放线装置，所述收放线装置与所述牵引绳连接，由所述驱动装置驱动，用于控制所述牵引绳的收放状态。
5.根据权利要求1所述的一种基于数据分析的智能共享导盲机器人，其特征在于：所述机器人主体还包括亮度传感器以及聚光灯，所述亮度传感器与所述处理器连接，用于检测所述机器人主体周围环境的亮度值并将其发送给所述处理器，所述聚光灯与所述驱动装置连接，用于照亮所述导盲机器人前进的方向。
6.根据权利要求1所述的一种基于数据分析的智能共享导盲机器人，其特征在于：步骤d还包括：
若否，所述处理器计算所述目的地到所述第一行走路线的最短距离，并判断所述最短距离是否小于等于第一预设距离；
若是，则执行步骤e；
若否，所述处理器拒绝所述请求信号。
7.根据权利要求6所述的一种基于数据分析的智能共享导盲机器人，其特征在于：步骤f还包括：
若否，所述处理器计算所述地理位置到所述第一行走路线的最短距离，并判断所述最短距离是否小于等于所述第一预设距离；
若是，所述处理器向所述驱动装置输出接纳信号，所述驱动装置驱动所述移动装置向所述地理位置行走；
若否，所述处理器判断所述最短距离是否小于等于第二预设距离；
若是，所述处理器选取一个中转点并将其所述中转点的位置发送给所述盲人手机，同时向所述驱动装置输出中转信号，所述驱动装置驱动所述移动装置向所述中转点行走；
若否，所述处理器拒绝所述请求信号。
8.根据权利要求1所述的一种基于数据分析的智能共享导盲机器人，其特征在于：步骤d中判断所述请求信号包括的目的地是否包含在所述第一行走路线中与步骤f中判断所述地理位置是否包含在所述第一行走路线中还包括：
所述处理器进一步判断所述目的地以及所述地理位置是否在所述导航机器人已经过的第一行走路线中；
若是，所述处理器拒绝所述请求信号。
9.根据权利要求2所述的一种基于数据分析的智能共享导盲机器人，其特征在于：所述处理器与所述脉搏传感器建立一对多的关系；
所述脉搏传感器将各自的脉冲信号发送给所述处理器；
所述处理器根据所述脉冲信号判断是否有未使用的牵引绳；
若是，则所述处理器接收其他用户的请求信号；
若否，则所述处理器不再接收其他用户的请求信号。
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