CN108042323A - 具备障碍物探测与智能导航的手杖及其应用方法 - Google Patents
具备障碍物探测与智能导航的手杖及其应用方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108042323A CN108042323A CN201711305078.4A CN201711305078A CN108042323A CN 108042323 A CN108042323 A CN 108042323A CN 201711305078 A CN201711305078 A CN 201711305078A CN 108042323 A CN108042323 A CN 108042323A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- walking stick
- sonic probe
- switch
- handle
- barrier
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 241001166076 Diapheromera femorata Species 0.000 title claims abstract description 143
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 46
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims abstract description 113
- VMXUWOKSQNHOCA-UKTHLTGXSA-N ranitidine Chemical compound [O-][N+](=O)\C=C(/NC)NCCSCC1=CC=C(CN(C)C)O1 VMXUWOKSQNHOCA-UKTHLTGXSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 65
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 claims description 20
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 4
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000011897 real-time detection Methods 0.000 claims description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 2
- 230000001054 cortical effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000002459 sustained effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 abstract description 4
- 241000253999 Phasmatodea Species 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 241001062009 Indigofera Species 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 241000555686 Heteronemiidae Species 0.000 description 1
- 206010047531 Visual acuity reduced Diseases 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000004315 low visual acuity Effects 0.000 description 1
- 238000009331 sowing Methods 0.000 description 1
- 230000004083 survival effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
- A61H3/00—Appliances for aiding patients or disabled persons to walk about
- A61H3/06—Walking aids for blind persons
- A61H3/061—Walking aids for blind persons with electronic detecting or guiding means
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
- A61H3/00—Appliances for aiding patients or disabled persons to walk about
- A61H3/06—Walking aids for blind persons
- A61H3/068—Sticks for blind persons
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
- H04N23/50—Constructional details
- H04N23/54—Mounting of pick-up tubes, electronic image sensors, deviation or focusing coils
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
- H04N23/60—Control of cameras or camera modules
- H04N23/698—Control of cameras or camera modules for achieving an enlarged field of view, e.g. panoramic image capture
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
- A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
- A61H2201/50—Control means thereof
- A61H2201/5023—Interfaces to the user
- A61H2201/5025—Activation means
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
- A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
- A61H2201/50—Control means thereof
- A61H2201/5058—Sensors or detectors
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Pain & Pain Management (AREA)
- Physical Education & Sports Medicine (AREA)
- Rehabilitation Therapy (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Rehabilitation Tools (AREA)
- Traffic Control Systems (AREA)
Abstract
本发明公开了一种具备障碍物探测与智能导航的手杖及其应用方法。手杖包括手杖柱体部分、手柄部分，手杖柱体的上部设有全景摄像头、前方声波探头、左方声波探头和右方声波探头，形成手杖的声波与摄像探测能力，手杖柱体的上部外设有橡胶保护套；手柄设有手杖电源开关、蓝牙耳机开关、扬声器、紧急救援开关、全景摄像头开关、前方声波探头开关、左右声波探头开关，内设有手杖电池仓。本发明可通过声波、摄像和地物地图三种方式进行相互验证和联合导航，克服了单一方式对障碍物探测与识别存在盲区的不足。
Description
技术领域
本发明涉及视障人士智能导航技术领域，具体是指一种具备障碍物探测与智能导航的手杖及其应用方法。
背景技术
据统计，中国盲人，包括低视力的视障人士达到1400万，但在今天的中国各大城市马路上，几乎看不到盲人行走，其重要原因是缺乏安全可靠的智能导航技术作为保障，同时在城市盲道经常被各类物品占据，尤其是各类自行车和电瓶车，加剧了盲人出行的困难。尽管，已经有一些专利与文献提及视障人士导航技术，但因缺乏便捷性、可靠性和智能性等原因，无法为视障人士提供出行保障。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，目的在于提供一种便捷性好、安全性高的具备障碍物探测与智能导航的手杖及其应用方法。
本发明智能导航手杖采用如下技术方案：
一种具备障碍物探测与智能导航的手杖，包括手杖柱体部分、手柄部分，手柄与手杖柱体衔接处弯曲便于扶持；
手杖柱体的上部设有全景摄像头、前方声波探头、左方声波探头和右方声波探头，形成手杖的声波与摄像探测能力，其中前方声波探头、左方声波探头、右方声波探头处于同一高度，全景摄像头位于前方声波探头的正上方，手杖柱体的上部外设有橡胶保护套，橡胶保护套设有四个圆孔，与全景摄像头、前方声波探头、左方声波探头和右方声波探头一一对应；
手柄设有手杖电源开关、蓝牙耳机开关、扬声器、紧急救援开关、全景摄像头开关、前方声波探头开关、左右声波探头开关，内设有手杖电池仓。
所述的手柄，包括：手柄本体、手柄盖板、手柄盖板开关、内置芯片、触摸屏、USB接口、SIM卡插口、紧急救援开关插孔、蓝牙耳机开关插孔、手杖电源开关插孔、扬声器插孔、全景摄像头开关插孔、前方声波探头开关插孔、左右声波探头开关插孔；
手柄前端外设有螺纹，以便和手杖柱体顶端的内设螺纹进行连接形成完整的手杖；在手柄前端设有扬声器插孔可连接扬声器，尾端设有蓝牙耳机开关插孔、手杖电源开关插孔、全景摄像头开关插孔、前方声波探头开关插孔、左右声波探头开关插孔，以便连接蓝牙耳机开关、手柄电源开关、全景摄像头开关、前方声波探头开关和左右声波探头开关；
在手柄的中部设有手柄盖板，对手柄内的电子设备起到保护作用，在盖板尾端设有弹跳式手柄盖板开关，以易于打开和锁紧手柄盖板；打开手柄盖板，在手柄上有内置芯片、触摸屏、USB接口和SIM卡插口，触摸屏用于进行手杖参数设置操作，USB接口用于手杖充电和数据连接，SIM卡插口用于连接手机电话卡，以便获取实时的手杖位置和发送紧急信息；所述的手杖电池仓位于手柄的另一侧，和手柄盖板呈对称分布，起到加装可充电电池，为手杖所有电子设备提供电能作用。
所述的紧急救援开关位于手柄前部，主动触发，或在紧急情况时由内置芯片被动触发；
紧急救援开关插孔设置在手柄前方，可连接紧急救援开关，便于使用者紧急情况时使用；
全景摄像头开关、前方声波探头开关和左右声波探头开关设置在手柄后方，通过电源导线与全景摄像头、前方声波探头、左方声波探头和右方声波探头连接，其中左右声波探头开关同时控制左方声波探头和右方声波探头。
所述的手杖柱体的底端设有手杖保护垫，为盖帽状，套在在手杖柱体的末端，起到防滑减震作用；所述的手柄设有手柄套，为皮质材料，套在手柄上，起到防汗、防雨作用。
所述的内置芯片，能够通过电源线连接辅助导航的外围设备接口，包括：中央控制单元、SIM卡连接接口、摄像头连接接口、前方声波探头连接接口、左方声波探头连接接口、右方声波探头连接接口、蓝牙耳机连接接口、USB连接接口、扬声器连接接口、紧急救援开关接口和触摸屏接口，由内部预设程序对辅助导航设备进行管理。
一种利用所述的手杖进行障碍物探测与智能导航的方法，包括：声波探测障碍物、摄像自动识别障碍物、内置地物导航地图匹配、联合探测障碍物与导航，根据需要，采用其中的一种或者多种进行导航；
所述的声波探测障碍物包括如下具体步骤：
5.1)手杖前方障碍物探测：通过手杖柱体上的前方声波探头，向手杖前进方向自下而上发射N个声波，N为自然数，每个声波有固定的发射角θi，0≤θi≤180°；当声波遇到前方障碍物后，返回给声波探头，并记录下每个声波的往返时间ti，则每个声波的旅行距离li＝ti×v/2,v为声波在空气中的速度，从而在手杖前方形成一个声波回波的数据集合Lh＝{li,ti,θi}i＝1,N，i为自然数；
5.2)手杖左方障碍物探测：通过手杖柱体的左方声波探头，向手杖左方向自前向后水平发射M个声波，M为自然数，按照5.1)所述步骤，在手杖左方形成一个声波回波的数据集合Ll＝{lj,tj,αj}j＝1,M，j为自然数,αi为左方声波发射角，0≤αi≤180°；
5.3)手杖右方障碍物探测：通过手杖柱体上的右方声波探头，向手杖右方向自前向后水平发射K个声波，K为自然数，按照5.1)所述步骤，在手杖右方形成一个声波回波的数据集合Lr＝{lk,tk,βk}k＝1,K，k为自然数,βk为右方声波发射角，0≤βk≤180°；
5.4)手杖前方障碍物判断方法，根据数据集合Lh＝{li,ti,θi}i＝1,N来判断，可以分为如下情形：
5.4.1)地面障碍物判断：当0≤θi≤45°时，可以认为声波探测的是地面障碍物回波，从而计算障碍物离前方声波探头(3.2)的水平距离Di＝li×sinθi，和垂直距离Hi＝li×cosθi，H为前方声波探头距离地面的垂直距离，根据下述情形警示使用者：
1)当Di＞1m时，不予以警示；
2)当Di≤1m时，且当|H-Hi|≤0.1m时，不予以警示；
3)当Di≤1m时，且当H-Hi＞0.1m时，并通过蓝牙耳机警示前方为上坡；
4)当Di≤1m时，且当Hi-H＞0.1m时，并通过蓝牙耳机警示前方为下坡；
5.4.2)正前方障碍物判断：当45°＜θi≤135°时，可以认为声波探测的是使用者正前方的障碍物，当li≤1m时，通过蓝牙耳机警示使用者正前方有障碍物；
5.4.3)头部障碍物判断：当135°≤θi≤180°时，可以认为声波探测的是使用者头部的障碍物，当li≤1m时，通过蓝牙耳机警示使用者头部有障碍物；
5.5)手杖左方障碍物判断，可根据数据集合Ll＝{lj,tj,αj}j＝1,M来判断，当lj≤1m时，通过蓝牙耳机警示使用者左方有障碍物；
5.6)手杖右方障碍物判断，可根据数据集合Lr＝{lk,tk,βk}k＝1,K来判断，当lk≤1m时，通过蓝牙耳机警示使用者右方有障碍物。
所述的摄像自动识别障碍物具体如下：当使用者开始使用手杖行走时，全景摄像头按照一定的时间间隔T拍摄前方的图像，T缺省值为1s，也可通过触摸屏设置；并采用图像自动识别方法，快速识别图像中的物体轮廓，并将前方图像与识别的物体及位置信息临时存储到内置芯片，识别的物体和位置信息可以存贮到地物导航地图。
所述的内置地物导航地图匹配包括如下步骤：
7.1)在视障人士经常行走路线上，通过全景摄像头采集地物信息，并按照SIM卡提供的位置信息，将行走路线、地物和位置信息同时存储到内置芯片中，所述地物信息包括道路两侧和前进方向的固定不可移动的物体，包括：房屋、树木、公交站；
7.2)当视障人士使用手杖时，内置芯片根据SIM卡提供的位置信息，读取步骤7.1)中存储的地物信息，并通过蓝牙耳机播报地物名称；
7.3)当视障人士远离既定路线时，由蓝牙耳机进行警示，所谓远离是指SIM卡提供的实时位置与步骤7.1)中存储的行走路线偏差大于2m时。
所述的联合探测障碍物与导航，包括如下具体步骤：
8.1)由三个声波探头，实时探测并识别手杖前方、左方和右方的障碍物；
8.2)由手杖摄像头，实时拍摄并识别手杖前方的障碍物；
8.3)由内置芯片，根据SIM卡提供的行走路线位置信息，实时读取手杖前进方向的地物；
8.4)由内置芯片的预设管理程序，对步骤8.1)、8.2)和8.3)所提供的障碍物和地物进行比对，以判别障碍物是固定物体、临时放置的物体，还是移动的物体，并通过蓝牙耳机播报给使用者，从而提升智能导航的准确性和安全性；
8.4.1)所述固定物体，是指导航地图中存在的物体；
8.4.2)所述临时放置的物体，是指导航地图中不存在的物体，但探测到的不可移动的物体，包括临时停放的自行车和汽车；
8.4.3)所述的移动的物体，是指导航地图中不存在，但探测到的可移动的物体，，但在短时间t内又消失的物体，t<3秒，包括行驶的汽车和自行车。
进一步设有救援模块，包括如下步骤：
9.1)当使用者意外碰到障碍物、跌倒或者偏离导航路线时，主动打开紧急救援开关，由内置芯片连接SIM卡，拨通应急电话，并将位置信息通过短信方式发送；
9.2)当使用者无法主动打开紧急救援开关时，根据声波探头探测的障碍物信息进行判断，此时手杖水平或低角度倾斜放置于地面，内置芯片根据前方、左方和右方障碍物的距离L，当L<0.1m时且当停留时间T>10min时，主动触发报警开关，由内置芯片连接SIM卡，拨通应急电话，并短信通知。
本发明的有益效果：
(1)智能性。可以通过声波、摄像和地物地图三种方式进行相互验证和联合导航，克服了单一方式对障碍物探测与识别存在盲区的不足，同时这些功能由内置芯片进行管理，无需使用者干涉，提升了导航手杖的智能性；
(2)便捷性。外观与普通手杖没有差异，所有智能导航装置均巧妙地隐藏于手杖体中，根据人的习惯，在手柄处设置了电源开关、蓝牙耳机、救援开关等，视障人士可便捷地使用；
(3)设备安全性。手杖可设置防滑减震的手杖垫、保护套、手柄盖、手柄套等，对电子元器件进行有效的保护，提升了设备使用寿命；
(4)紧急救援。考虑到视障人士属于特殊人群，可提供紧急救援开关，由使用者直接触发，也可由系统自动判断和自动触发，进一步提升了视障人士的安全生存能力。
本发明适用于视障人士智能导航使用，也可扩展到智能导航相关技术领域，也同样适用于正常无视障人士。
附图说明
图1是本发明导航手杖的整体效果示意图；
图2是图1分解开的主要元器件的结构示意图；
图3是图1的前视示意图；
图4是图1中手柄结构示意图；
图5是图4中导航芯片功能示意图；
图6是前方声波探头工作示意图；
图7是左方和右方声波探头工作示意图；
图8是前方声波探头探测障碍物示意图；
图中：手杖柱体1、手柄2、橡胶保护套3、手杖保护垫4、手杖电源开关5、蓝牙耳机开关6、扬声器7、蓝牙耳机、紧急救援开关8、全景摄像头开关9、前方声波探头开关10、左右声波探头开关11、手柄套12和手杖电池仓13；手柄本体2.1、手柄盖板2.2、手柄盖板开关2.3、内置芯片2.4、触摸屏2.5、USB接口2.6、SIM卡插口2.7、紧急救援开关插孔2.8、蓝牙耳机开关插孔2.9、手杖电源开关插孔2.10、扬声器插孔2.11、全景摄像头开关插孔2.12、前方声波探头开关插孔2.13、左右声波探头开关插孔2.14；中央控制单元2.4.1、SIM卡连接接口2.4.2、摄像头连接接口2.4.3、前方声波探头连接接口2.4.4、左方声波探头连接接口2.4.5、右方声波探头连接接口2.4.6、蓝牙耳机连接接口2.4.7、USB连接接口2.4.8、扬声器连接接口2.4.9、紧急救援开关接口2.4.10和触摸屏接口2.4.11；全景摄像头3.1、前方声波探头3.2、左方声波探头3.3和右方声波探头3.4。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的技术内容、特点及功效，兹列举以下实例，并配合附图详细说明。
实施例1
一种具备障碍物探测与智能导航的手杖，按照图1，它包括手杖柱体1、手柄2、橡胶保护套3(可选)、手杖保护垫4、手杖电源开关5、蓝牙耳机开关6、扬声器7、紧急救援开关8和手柄套12(可选)。
按照图2、4，将手杖柱体1与手柄2通过螺纹衔接在一起，在手杖柱体套上橡胶保护套3、手杖保护垫4。
按照图3，橡胶保护套3设有四个圆孔，将全景摄像头3.1、前方声波探头3.2、左方声波探头3.3和右方声波探头3.4依次安装到橡胶保护套3的一个圆孔，形成智能手杖的声波与摄像探测能力；前方声波探头3.2、左方声波探头3.3、右方声波探头3.4处于同一高度，全景摄像头3.1位于前方声波探头3.2的正上方。
按照图4，将手柄盖板2.2、手柄盖板开关2.3、内置芯片2.4、触摸屏2.5、USB接口2.6、SIM卡插口2.7、紧急救援开关插孔2.8、蓝牙耳机开关插孔2.9、手杖电源开关插孔2.10和扬声器插孔2.11安装于手柄本体2.1，形成手柄物理结构。
按照图5，通过电源线将手杖电源开关5、蓝牙耳机开关6、扬声器7、全景摄像头3.1、前方声波探头3.2、左方声波探头3.3、右方声波探头3.4、触摸屏2.5、USB接口2.6和SIM卡插口2.7等辅助导航设备连接到内置芯片2.4的相应接口，包括：SIM卡连接接口2.4.2、摄像头连接接口2.4.3、前方声波探头连接接口2.4.4、左方声波探头连接接口2.4.5、右方声波探头连接接口2.4.6、蓝牙耳机连接接口2.4.7、USB连接接口2.4.8、扬声器连接接口2.4.9、紧急救援开关接口2.4.10和触摸屏接口2.4.11，形成手杖的电气化结构，以便智能管理手杖。
打开手杖电源开关5，使各辅助导航设备处于通电状态，通过内置程序，自检各辅助设备是否正常，包括：摄像头是否正常工作、声波探头是否正常工作、蓝牙耳机是否正常连接、扬声器是否正常连接，并通过触摸屏2.5显示这些辅助设备的工作状态；手柄套12套上手柄，可以开始使用智能手杖，起到防雨防汗作用，延长手杖电子器件的使用寿命。
实施例2
手杖进行障碍物探测与智能导航的方法，包括：1)声波探测障碍物、2)摄像自动识别障碍物、3)内置地物地图匹配导航、4)联合探测障碍物与导航，根据需要，可以采用其中的一种或者多种进行导航。
从而避免单一方法进行障碍物探测与识别的不足，为视障人士提供更加可靠的导航保障。
1)基于声波探测障碍物，包括如下具体步骤：
1.1)手杖前方障碍物探测：按照图6，通过手杖柱体上的前方声波探头，向手杖前进方向自下而上发射N个声波，N为自然数，每个声波有固定的发射角θi，0≤θi≤180°；当声波遇到前方障碍物后，返回给声波探头，并记录下每个声波的往返时间ti，则每个声波的旅行距离li＝ti×v/2,v为声波在空气中的速度，从而在手杖前方形成一个声波回波的数据集合Lh＝{li,ti,θi}i＝1,N，i为自然数；
1.2)手杖左方障碍物探测：按照图7，通过手杖柱体上的左方声波探头，向手杖左方向自前向后水平发射M个声波，M为自然数，与步骤1.1)类似，在手杖左方形成一个声波回波的数据集合Ll＝{lj,tj,αj}j＝1,M，j为自然数,αi为左方声波发射角，0≤αi≤180°；
1.3)手杖右方障碍物探测：按照图7，通过手杖柱体上的右方声波探头，向手杖右方向自前向后水平发射K个声波，K为自然数，与步骤1.1)类似，在手杖右方形成一个声波回波的数据集合Lr＝{lk,tk,βk}k＝1,K，k为自然数,βk为右方声波发射角，0≤βk≤180°；
1.4)手杖前方障碍物判断，按照图8，根据数据集合Lh＝{li,ti,θi}i＝1,N来判断，可以分为如下情形：
1.4.1)地面障碍物判断：当0≤θi≤45°时，可以认为声波探测的是地面障碍物回波，从而计算障碍物离前方声波探头的水平距离Di＝li×sinθi，和垂直距离Hi＝li×cosθi，H为前方声波探头距离地面的垂直距离，根据下述情形警示使用者：
a)当Di＞1m时，不予以警示；
b)当Di≤1m时，且当|H-Hi|≤0.1m时，不予以警示；
c)当Di≤1m时，且当H-Hi＞0.1m时，并通过蓝牙耳机警示前方为上坡；
d)当Di≤1m时，且当Hi-H＞0.1m时，并通过蓝牙耳机警示前方为下坡；
1.4.2)正前方障碍物判断：当45°＜θi≤135°时，可以认为声波探测的是使用者正前方的障碍物，当li≤1m时，通过蓝牙耳机警示使用者正前方有障碍物；
1.4.3)头部障碍物判断：当135°≤θi≤180°时，可以认为声波探测的是使用者头部的障碍物，当li≤1m时，通过蓝牙耳机警示使用者头部有障碍物；
1.5)手杖左方障碍物判断，可根据数据集合Ll＝{lj,tj,αj}j＝1,M来判断，当lj≤1m时，通过蓝牙耳机警示使用者左方有障碍物；
1.6)手杖右方障碍物判断，可根据数据集合Lr＝{lk,tk,βk}k＝1,K来判断，当lk≤1m时，通过蓝牙耳机警示使用者右方有障碍物；
2)基于摄像自动识别障碍物，当使用者开始使用手杖行走时，全景摄像头按照一定的时间间隔T拍摄前方的图像，T缺省值为1s，也可通过触摸屏设置，并采用图像自动识别方法，快速识别图像中的物体轮廓，并将前方图像与识别的物体临时存储到内置芯片；
3)基于地物导航地图匹配，包括如下步骤：
3.1)在视障人士经常行走路线上，采集地物信息，并按照SIM卡提供的位置信息，将地物和位置信息同时存储到内置芯片中，所述地物信息包括道路两侧和前进方向的固定不可移动的物体，包括：房屋、树木、公交站等；
3.2)当视障人士使用手杖时，内置芯片根据SIM卡提供的位置信息，读取步骤3.1)中存储的地物信息，并通过蓝牙耳机播报地物名称；
3.3)当视障人士远离既定路线时，由蓝牙耳机进行警示，所谓远离是指SIM卡提供的实时位置与步骤3.1)中存储的位置偏差大于2m时；
4)联合探测障碍物与导航，包括如下具体步骤：
4.1)由三个声波探头，按照步骤1)实时探测并识别手杖前方、左方和右方的障碍物；
4.2)由手杖摄像头，按照步骤2)实时拍摄并识别手杖前方的障碍物；
4.3)由内置芯片，根据SIM卡提供的位置信息，按照步骤3)实时读取手杖前进方向的地物；
4.4)由内置芯片的预设管理程序，对步骤4.1)、4.2)和4.3)所提供的障碍物和地物进行比对，以判别障碍物是固定物体，还是临时放置的物体，还是移动的物体，并通过蓝牙耳机播报给使用者，从而提升智能导航的准确性和安全性；
4.4.1)所谓固定物体，是指导航地图中存在的物体；
4.4.2)所谓临时放置的物体，是指导航地图中不存在的物体，但通过步骤1)和2)探测的不可移动的物体，如停放的自行车和汽车；
4.4.3)所谓移动的物体，是指导航地图中不存在，但通过步骤1)和2)探测的可移动的物体，如行驶的汽车和自行车；
4.4.4)所谓移动的物体，指步骤1)和2)探测探测的物体，但在短时间t内又消失的物体，t<3秒。
进一步包括
5)救援，包括如下步骤：
5.1)当使用者意外碰到障碍物、跌倒或者偏离导航路线时，可主动打开紧急救援开关，由内置芯片连接SIM卡，拨通使用者家人的电话，并将位置信息通过短信方式发送，使用者家人电话可通过触摸屏进行设置；
5.2)当使用者意外受伤，而不能主动打开紧急救援开关时，系统可根据声波探头探测的障碍物信息进行判断，此时手杖水平或低角度倾斜放置于地面，内置芯片根据前方、左方和右方障碍物的距离L，当L<0.1m时且当停留时间T>10min时，主动触发报警开关，由内置芯片连接SIM卡，拨通110电话，并短信通知110和家人电话。
Claims (10)
1.一种具备障碍物探测与智能导航的手杖，其特征在于，它包括手杖柱体(1)部分、手柄(2)部分，手柄与手杖柱体衔接处弯曲便于扶持；
手杖柱体(1)的上部设有全景摄像头(3.1)、前方声波探头(3.2)、左方声波探头(3.3)和右方声波探头(3.4)，形成手杖的声波与摄像探测能力，其中前方声波探头(3.2)、左方声波探头(3.3)、右方声波探头(3.4)处于同一高度，全景摄像头(3.1)位于前方声波探头(3.2)的正上方，手杖柱体(1)的上部外设有橡胶保护套(3)，橡胶保护套(3)设有四个圆孔，与全景摄像头(3.1)、前方声波探头(3.2)、左方声波探头(3.3)和右方声波探头(3.4)一一对应；
手柄(2)设有手杖电源开关(5)、蓝牙耳机开关(6)、扬声器(7)、紧急救援开关(8)、全景摄像头开关(9)、前方声波探头开关(10)、左右声波探头开关(11)，内设有手杖电池仓(13)。
2.根据权利要求1所述的手杖，其特征在于，所述的手柄(2)，包括：手柄本体(2.1)、手柄盖板(2.2)、手柄盖板开关(2.3)、内置芯片(2.4)、触摸屏(2.5)、USB接口(2.6)、SIM卡插口(2.7)、紧急救援开关插孔(2.8)、蓝牙耳机开关插孔(2.9)、手杖电源开关插孔(2.10)、扬声器插孔(2.11)、全景摄像头开关插孔(2.12)、前方声波探头开关插孔(2.13)、左右声波探头开关插孔(2.14)；
手柄(2)前端外设有螺纹，以便和手杖柱体(1)顶端的内设螺纹进行连接形成完整的手杖；在手柄前端设有扬声器插孔(2.11)可连接扬声器(7)，尾端设有蓝牙耳机开关插孔(2.9)、手杖电源开关插孔(2.10)、全景摄像头开关插孔(2.12)、前方声波探头开关插孔(2.13)、左右声波探头开关插孔(2.14)，以便连接蓝牙耳机开关(6)、手柄电源开关(5)、全景摄像头开关(9)、前方声波探头开关(10)和左右声波探头开关(11)；
在手柄(2)的中部设有手柄盖板(2.2)，对手柄内的电子设备起到保护作用，在盖板尾端设有弹跳式手柄盖板开关(2.3)，以易于打开和锁紧手柄盖板；打开手柄盖板(2.2)，在手柄上有内置芯片(2.4)、触摸屏(2.5)、USB接口(2.6)和SIM卡插口(2.7)，触摸屏(2.5)用于进行手杖参数设置操作，USB接口(2.6)用于手杖充电和数据连接，SIM卡插口(2.7)用于连接手机电话卡，以便获取实时的手杖位置和发送紧急信息；所述的手杖电池仓(13)位于手柄(2)的另一侧，和手柄盖板(2.2)呈对称分布，起到加装可充电电池，为手杖所有电子设备提供电能作用。
3.根据权利要求1所述的手杖，其特征在于，所述的紧急救援开关(8)位于手柄前部，主动触发，或在紧急情况时由内置芯片(2.4)被动触发；
紧急救援开关插孔(2.8)设置在手柄前方，可连接紧急救援开关(8)，便于使用者紧急情况时使用；
全景摄像头开关(9)、前方声波探头开关(10)和左右声波探头开关(11)设置在手柄(2)后方，通过电源导线与全景摄像头(3.1)、前方声波探头(3.2)、左方声波探头(3.3)和右方声波探头(3.4)连接，其中左右声波探头开关(11)同时控制左方声波探头(3.3)和右方声波探头(3.4)。
4.根据权利要求1所述的手杖，其特征在于，所述的手杖柱体(1)的底端设有手杖保护垫(4)，为盖帽状，套在在手杖柱体(1)的末端，起到防滑减震作用；所述的手柄(2)设有手柄套(12)，为皮质材料，套在手柄(2)上，起到防汗、防雨作用。
5.根据权利要求1所述的手杖，其特征在于，所述的内置芯片(2.4)，能够通过电源线连接辅助导航的外围设备接口，包括：中央控制单元(2.4.1)、SIM卡连接接口(2.4.2)、摄像头连接接口(2.4.3)、前方声波探头连接接口(2.4.4)、左方声波探头连接接口(2.4.5)、右方声波探头连接接口(2.4.6)、蓝牙耳机连接接口(2.4.7)、USB连接接口(2.4.8)、扬声器连接接口(2.4.9)、紧急救援开关接口(2.4.10)和触摸屏接口(2.4.11)，由内部预设程序对辅助导航设备进行管理。
6.一种利用根据权利要求1所述的手杖进行障碍物探测与智能导航的方法，其特征在于，包括：声波探测障碍物、摄像自动识别障碍物、内置地物导航地图匹配、联合探测障碍物与导航，根据需要，采用其中的一种或者多种进行导航；
所述的声波探测障碍物包括如下具体步骤：
5.1)手杖前方障碍物探测：通过手杖柱体(1)上的前方声波探头(3.2)，向手杖前进方向自下而上发射N个声波，N为自然数，每个声波有固定的发射角θi，0≤θi≤180°；当声波遇到前方障碍物后，返回给声波探头，并记录下每个声波的往返时间ti，则每个声波的旅行距离li＝ti×v/2，v为声波在空气中的速度，从而在手杖前方形成一个声波回波的数据集合Lh＝{li，ti，θi}i＝1，N，i为自然数；
5.2)手杖左方障碍物探测：通过手杖柱体(1)上的左方声波探头(3.3)，向手杖左方向自前向后水平发射M个声波，M为自然数，按照5.1)所述步骤，在手杖左方形成一个声波回波的数据集合Ll＝{lj，tj，αj}j＝1，M，j为自然数，αi为左方声波发射角，0≤αi≤180°；
5.3)手杖右方障碍物探测：通过手杖柱体(1)上的右方声波探头(3.4)，向手杖右方向自前向后水平发射K个声波，K为自然数，按照5.1)所述步骤，在手杖右方形成一个声波回波的数据集合Lr＝{lk，tk，βk}k＝1，K，k为自然数，βk为右方声波发射角，0≤βk≤180°；
5.4)手杖前方障碍物判断方法，根据数据集合Lh＝{li，ti，θi}i＝1，N来判断，可以分为如下情形：
5.4.1)地面障碍物判断：当0≤θi≤45°时，可以认为声波探测的是地面障碍物回波，从而计算障碍物离前方声波探头(3.2)的水平距离Di＝li×sinθi，和垂直距离Hi＝li×cosθi，H为前方声波探头(3.2)距离地面的垂直距离，根据下述情形警示使用者：
1)当Di＞1m时，不予以警示；
2)当Di≤1m时，且当|H-Hi|≤0.1m时，不予以警示；
3)当Di≤1m时，且当H-Hi＞0.1m时，并通过蓝牙耳机警示前方为上坡；
4)当Di≤1m时，且当Hi-H＞0.1m时，并通过蓝牙耳机警示前方为下坡；
5.4.2)正前方障碍物判断：当45°＜θi≤135°时，可以认为声波探测的是使用者正前方的障碍物，当li≤1m时，通过蓝牙耳机警示使用者正前方有障碍物；
5.4.3)头部障碍物判断：当135°≤θi≤180°时，可以认为声波探测的是使用者头部的障碍物，当li≤1m时，通过蓝牙耳机警示使用者头部有障碍物；
5.5)手杖左方障碍物判断，可根据数据集合Ll＝{lj，tj，αj}j＝1，M来判断，当lj≤1m时，通过蓝牙耳机警示使用者左方有障碍物；
5.6)手杖右方障碍物判断，可根据数据集合Lr＝{lk，tk，βk}k＝1，K来判断，当lk≤1m时，通过蓝牙耳机警示使用者右方有障碍物。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的摄像自动识别障碍物具体如下：当使用者开始使用手杖行走时，全景摄像头(3.1)按照一定的时间间隔T拍摄前方的图像，T缺省值为1s，也可通过触摸屏(2.5)设置；并采用图像自动识别方法，快速识别图像中的物体轮廓，并将前方图像与识别的物体及位置信息临时存储到内置芯片(2.4)，识别的物体和位置信息可以存贮到地物导航地图。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的内置地物导航地图匹配包括如下步骤：
7.1)在视障人士经常行走路线上，通过全景摄像头(3.1)采集地物信息，并按照SIM卡提供的位置信息，将行走路线、地物和位置信息同时存储到内置芯片(2.4)中，所述地物信息包括道路两侧和前进方向的固定不可移动的物体，包括：房屋、树木、公交站；
7.2)当视障人士使用手杖时，内置芯片(2.4)根据SIM卡提供的位置信息，读取步骤7.1)中存储的地物信息，并通过蓝牙耳机播报地物名称；
7.3)当视障人士远离既定路线时，由蓝牙耳机进行警示，所谓远离是指SIM卡提供的实时位置与步骤7.1)中存储的行走路线偏差大于2m时。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的联合探测障碍物与导航，包括如下具体步骤：
8.1)由三个声波探头，实时探测并识别手杖前方、左方和右方的障碍物；
8.2)由手杖摄像头，实时拍摄并识别手杖前方的障碍物；
8.3)由内置芯片，根据SIM卡提供的行走路线位置信息，实时读取手杖前进方向的地物；
8.4)由内置芯片的预设管理程序，对步骤8.1)、8.2)和8.3)所提供的障碍物和地物进行比对，以判别障碍物是固定物体、临时放置的物体，还是移动的物体，并通过蓝牙耳机播报给使用者，从而提升智能导航的准确性和安全性；
8.4.1)所述固定物体，是指导航地图中存在的物体；
8.4.2)所述临时放置的物体，是指导航地图中不存在的物体，但探测到的不可移动的物体，包括临时停放的自行车和汽车；
8.4.3)所述的移动的物体，是指导航地图中不存在，但探测到的可移动的物体，，但在短时间t内又消失的物体，t<3秒，包括行驶的汽车和自行车。
10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，进一步设有救援模块，包括如下步骤：
9.1)当使用者意外碰到障碍物、跌倒或者偏离导航路线时，主动打开紧急救援开关(8)，由内置芯片连接SIM卡，拨通应急电话，并将位置信息通过短信方式发送；
9.2)当使用者无法主动打开紧急救援开关(8)时，根据声波探头探测的障碍物信息进行判断，此时手杖水平或低角度倾斜放置于地面，内置芯片根据前方、左方和右方障碍物的距离L，当L<0.1m时且当停留时间T>10min时，主动触发报警开关，由内置芯片连接SIM卡，拨通应急电话，并短信通知。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711305078.4A CN108042323B (zh) | 2017-12-10 | 2017-12-10 | 具备障碍物探测与智能导航的手杖及其应用方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711305078.4A CN108042323B (zh) | 2017-12-10 | 2017-12-10 | 具备障碍物探测与智能导航的手杖及其应用方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108042323A true CN108042323A (zh) | 2018-05-18 |
| CN108042323B CN108042323B (zh) | 2024-01-09 |
Family
ID=62123283
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201711305078.4A Active CN108042323B (zh) | 2017-12-10 | 2017-12-10 | 具备障碍物探测与智能导航的手杖及其应用方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108042323B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109732592A (zh) * | 2018-12-26 | 2019-05-10 | 珠海市众创芯慧科技有限公司 | 一种无人搬运智能机器人控制系统 |
| CN111870974A (zh) * | 2020-08-14 | 2020-11-03 | 曹小静 | 一种具有自动避让功能的视障儿童用行走引导装置 |
Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002065721A (ja) * | 2000-08-29 | 2002-03-05 | Komatsu Ltd | 視覚障害者用環境認識支援装置及びその方法 |
| CN102641197A (zh) * | 2011-02-16 | 2012-08-22 | 中兴通讯股份有限公司 | 一种便携式导盲终端及导盲方法 |
| KR20130086861A (ko) * | 2012-01-26 | 2013-08-05 | 이문기 | 전자식지팡이와 스마트폰을 이용한 시각장애인용 안내장치 |
| KR101459542B1 (ko) * | 2013-04-30 | 2014-11-07 | 서울과학기술대학교 산학협력단 | 시각장애인 길안내를 위한 지팡게이션 장치 |
| CN203970841U (zh) * | 2014-05-21 | 2014-12-03 | 哈尔滨理工大学 | 基于fpga的盲人语音导航装置 |
| CN204337248U (zh) * | 2014-12-09 | 2015-05-20 | 长沙理工大学 | 一种基于北斗与光电识别的导盲拐杖 |
| CN104688498A (zh) * | 2015-03-29 | 2015-06-10 | 杜秀枫 | 一种智能导盲拐杖 |
| CN204428394U (zh) * | 2015-01-21 | 2015-07-01 | 哈尔滨理工大学 | 语音提示的盲人智能探路装置 |
| CN104872943A (zh) * | 2015-05-14 | 2015-09-02 | 刘超 | 一种智能手杖 |
| DE202016100156U1 (de) * | 2016-01-14 | 2016-02-10 | Shih-Wang Lin | Navigationsgehstock |
| CN205494329U (zh) * | 2016-03-23 | 2016-08-24 | 张耐华 | 智能自救导盲拐杖 |
| CN106963606A (zh) * | 2017-05-02 | 2017-07-21 | 姚笈 | 一种新型智能导盲杖 |
| CN209048611U (zh) * | 2017-12-10 | 2019-07-02 | 吴得佑 | 具备障碍物探测与智能导航的手杖 |
-
2017
- 2017-12-10 CN CN201711305078.4A patent/CN108042323B/zh active Active
Patent Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002065721A (ja) * | 2000-08-29 | 2002-03-05 | Komatsu Ltd | 視覚障害者用環境認識支援装置及びその方法 |
| CN102641197A (zh) * | 2011-02-16 | 2012-08-22 | 中兴通讯股份有限公司 | 一种便携式导盲终端及导盲方法 |
| KR20130086861A (ko) * | 2012-01-26 | 2013-08-05 | 이문기 | 전자식지팡이와 스마트폰을 이용한 시각장애인용 안내장치 |
| KR101459542B1 (ko) * | 2013-04-30 | 2014-11-07 | 서울과학기술대학교 산학협력단 | 시각장애인 길안내를 위한 지팡게이션 장치 |
| CN203970841U (zh) * | 2014-05-21 | 2014-12-03 | 哈尔滨理工大学 | 基于fpga的盲人语音导航装置 |
| CN204337248U (zh) * | 2014-12-09 | 2015-05-20 | 长沙理工大学 | 一种基于北斗与光电识别的导盲拐杖 |
| CN204428394U (zh) * | 2015-01-21 | 2015-07-01 | 哈尔滨理工大学 | 语音提示的盲人智能探路装置 |
| CN104688498A (zh) * | 2015-03-29 | 2015-06-10 | 杜秀枫 | 一种智能导盲拐杖 |
| CN104872943A (zh) * | 2015-05-14 | 2015-09-02 | 刘超 | 一种智能手杖 |
| DE202016100156U1 (de) * | 2016-01-14 | 2016-02-10 | Shih-Wang Lin | Navigationsgehstock |
| CN205494329U (zh) * | 2016-03-23 | 2016-08-24 | 张耐华 | 智能自救导盲拐杖 |
| CN106963606A (zh) * | 2017-05-02 | 2017-07-21 | 姚笈 | 一种新型智能导盲杖 |
| CN209048611U (zh) * | 2017-12-10 | 2019-07-02 | 吴得佑 | 具备障碍物探测与智能导航的手杖 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109732592A (zh) * | 2018-12-26 | 2019-05-10 | 珠海市众创芯慧科技有限公司 | 一种无人搬运智能机器人控制系统 |
| CN111870974A (zh) * | 2020-08-14 | 2020-11-03 | 曹小静 | 一种具有自动避让功能的视障儿童用行走引导装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108042323B (zh) | 2024-01-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN205494329U (zh) | 智能自救导盲拐杖 | |
| CN205094948U (zh) | 智能视觉导盲手杖 | |
| WO2018072719A1 (zh) | 一种电子导盲推车及导盲方法 | |
| CN204972147U (zh) | 基于Kinect的盲人导航系统 | |
| CN206079343U (zh) | 一种智能多功能导盲拐杖 | |
| CN206167323U (zh) | 盲人智能手杖 | |
| CN106412394A (zh) | 一种适合马路低头族的安全出行装置 | |
| CN109199808B (zh) | 基于计算机视觉的盲人智能手杖 | |
| CN108245387A (zh) | 一种基于穿戴设备的智能导盲系统 | |
| CN108042323A (zh) | 具备障碍物探测与智能导航的手杖及其应用方法 | |
| CN209048611U (zh) | 具备障碍物探测与智能导航的手杖 | |
| CN208511466U (zh) | 一种导盲拐杖 | |
| CN202105151U (zh) | 可对人和障碍物进行探测的智能拐杖 | |
| CN107242964A (zh) | 基于深度学习的导盲系统及工作方法 | |
| CN112554115B (zh) | 一种导游扫地用机器人及其语音交互方法 | |
| CN106360899B (zh) | 一种智能拐杖 | |
| CN217489211U (zh) | 导盲手杖 | |
| CN109507288A (zh) | 智能地质锤 | |
| CN110833481A (zh) | 视障智能复明仪及其应用 | |
| CN211157137U (zh) | 一种辅助盲人出行的拐杖系统 | |
| CN114533503A (zh) | 一种智慧助盲出行的眼镜系统及交互方法 | |
| CN203436527U (zh) | 导盲手杖 | |
| CN210932597U (zh) | 具有探测高处障碍物的导盲手杖 | |
| CN221770738U (zh) | 智能导盲马甲 | |
| CN213608013U (zh) | 一种基于物联网和图像识别的智能语音导盲仪 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |