CN108791881B - 一种用于导盲的无人机系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于导盲的无人机系统及方法，包括与信息处理模块分别连接的用于对外部设备搜索并连接通信的第一通信模块、包括若干对无人机外部环境感知的传感器构成的传感器组件、存储器及导航模块；佩戴在耳部的佩戴装置，包括定位模块、能够搜索到第一通信模块并与之连接的第二通信模块、语音识别模块及声音播放模块，定位模块、能够搜索到第一通信模块并与之连接的第二通信模块、语音识别模块及声音播放模块分别与处理器连接；第一通信模块包括雷达装置，雷达装置包括雷达波发射及接收模块，佩戴装置上设有雷达波反射器。本发明的用于导盲的无人机系统及方法，能够便于盲人的出行。

Description

一种用于导盲的无人机系统及方法

技术领域

本发明属于导盲技术领域，具体地说，涉及一种用于导盲的无人机系统及方法。

背景技术

盲人是社会上的弱势群体，由于生理上的缺陷会导致生活上很多方面不能自理，严重影响他们的生活质量，包括日常自理难、出行难、社交难、信息接收难、娱乐严重缺乏等。国家对视力障碍群体的生活状态改善一直都非常关注和重视，从法律法规的制定到城市采取的具体措施，投入了巨大的人力物力，力求能改善他们的生存状况，提高他们的生活质量，但是由于技术限制和群体人口基数过于庞大，无法惠及到每一个有需要的人。

科技用于造福人类，更要造福于弱势群体。现在，无人机技术突飞猛进，能够精确定位及导航，飞行姿态稳定，续航时间长，图像及信息技术发展快，特别是将要商用的5G技术，因此提出一种导盲无人机系统，方便盲人出行。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种用于导盲的无人机系统及导盲方法，能够便于盲人的出行，将科技产品应用在导盲上，提高导盲的准确性。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

本发明的用于导盲的无人机系统，包括：

呈扁形的椭球型的机体，机体上设有垂直贯穿机体的4个旋翼安装孔，旋翼安装孔内设有旋翼，机体的顶面、底面、四周均设有超声波传感器，超声波传感器连接至信息处理模块；

所述机体底部周围形成有若干圆形槽，所述圆形槽内设有可转动的摄像头；机体上还设有若干与信息处理模块连接的照明灯；摄像头的安装结构包括设于圆形槽底部的固定头，固定头上安装有第一伺服电机，第一伺服电机的转轴上套设有滑套，滑套固定安装在第一伺服电机机体上，滑套下部安装有扩大环，滑套上滑动安装有滑动体，滑动体为中部通孔结构，滑动体内通过横轴转动安装有转动体，所述转动体顶部设有截面为三角形的第一凹槽，第一凹槽的一侧壁上设有齿条，第一伺服电机的转轴上设有能够与齿条配合的锥型齿轮，锥型齿轮的上方设有若干斜齿，所述滑动体内还设有安装在转动体上方的环形体，环形体中部设有能够与斜齿配合的a齿孔，所述滑套下部外周设有齿纹，所述滑动体套设于滑套外的结构为上部内径小下部内径大的台阶孔结构，台阶孔结构内径小的孔内表面设为能够与齿纹配合的b齿孔，所述滑动体上端面及第一伺服电机的端面设有能够互相配合相吸引/排斥从而使得滑动体上下移动的电磁铁结构，所述齿纹下部均光滑过渡，形成为尖状结构。

机体上设有与信息处理模块分别连接的用于对外部设备搜索并连接通信的第一通信模块、包括若干对无人机外部环境感知的传感器构成的传感器组件、存储器及导航模块；

佩戴在耳部的佩戴装置，包括定位模块、能够搜索到第一通信模块并与之连接的第二通信模块、语音识别模块及声音播放模块，定位模块、能够搜索到第一通信模块并与之连接的第二通信模块、语音识别模块及声音播放模块分别与处理器连接；

第一通信模块包括雷达装置及能够外部通信的通信组件，雷达装置包括雷达波发射及接收模块，佩戴装置上设有雷达波反射器；

传感器组件包括超声波传感器及若干摄像头，所述摄像头包括安装于圆形槽内的可转动的摄像头，这些摄像头设于无人机外周，用于拍摄盲人周围环境，摄像头分别与图像处理器连接。

进一步地，所述第二通信模块被构造成与其他设备无线方式的通信。

进一步地，所述传感器组件还包括与信息处理模块连接的陀螺仪、加速计、气压传感器、光线传感器及GPS模块。

进一步地，所述第二通信模块采用3G或4G或5G通信方式。

进一步地，所述无人机包括：

呈扁形的椭球型的机体，机体上设有垂直贯穿机体的3～5个旋翼安装孔，旋翼安装孔内设有旋翼，机体的顶面、底面、四周均设有超声波传感器；

所述机体下部的外周形成有若干均布的圆形槽，机体的底面也形成有圆形槽，所述圆形槽内设有可转动的摄像头；机体上还设有若干与信息处理模块连接的照明灯。

进一步地，所述旋翼安装孔的顶部及底部安装有可拆装的顶面设有网格的挡物环。

采用上述技术方案的无人机系统的导盲方法，包括以下步骤：

步骤一、打开佩戴装置上的开关，第一通信模块与第二通信模块连接，佩戴装置向无人机发送信号并将无人机唤醒；

步骤二、无人机上的雷达装置发出雷达波，在接收到佩戴装置上的雷达波反射器反射回来的雷达波后，雷达装置将佩戴装置进行定位，再通过信息处理模块控制无人机启动并飞至相对于佩戴装置预先设定的位置；

步骤三、无人机上的第一通信模块与第二通信模块实时通信，盲人通过语音将目标位置发送给导航模块，导航模块形成导航路径并发送给信息处理模块，无人机上的摄像头将盲人左右两侧及前方的路况拍照，通过图像处理器分析出实时路况，第一通信模块根据实时路况及路线将导航语音信号发送给佩戴装置；

步骤四、佩戴装置上的语音播放模块播放导航信息，以引导盲人。

进一步地，所述佩戴装置通过语音识别模块对语音信号进行识别，并通过声音播放模块至少重复播放一次给盲人确认；佩戴装置通过声音播放模块将导航声音播放给盲人。

进一步地，在导航过程中，若进入光线较暗区域或晚上时，光线传感器检测到光线亮度低于设定亮度，信息处理模块控制设于无人机上的照明灯打开。

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

无人机与佩戴装置实时连接，通过通信模块及雷达装置，佩戴装置朝向的方位及位置均能够被无人机获取，无人机悬停在盲人旁，从而无人机感知盲人周围的环境状态并提供导航，这种导航装置使用方面，能够为盲人提供更为便捷、安全的出行。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

附图作为本申请的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：

图1为无人机系统图；

图2为佩戴装置系统图；

图3为无人机仰视图；

图4为无人机侧视图；

图5为摄像头安装结构图。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语 “上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一：

如图1至图5所示的用于导盲的无人机系统，包括：

呈扁形的椭球型的机体3，机体3上设有垂直贯穿机体的4个旋翼安装孔31，旋翼安装孔31内设有旋翼32，机体3的顶面、底面、四周均设有超声波传感器，超声波传感器连接至信息处理模块11；

所述机体3底部周围形成有若干圆形槽33，所述圆形槽33内设有可转动的摄像头131；机体3上还设有若干与信息处理模块11连接的照明灯34；摄像头131的安装结构包括设于圆形槽33底部的固定头331，固定头331上安装有第一伺服电机332，第一伺服电机332的转轴上套设有滑套333，滑套333固定安装在第一伺服电机332机体上，滑套下部安装有扩大环334，滑套333上滑动安装有滑动体335，滑动体335中部为通孔结构，滑动体335内通过横轴337转动安装有转动体336，所述转动体336顶部设有截面为三角形的第一凹槽338，第一凹槽338的一侧壁上设有齿条，第一伺服电机332的转轴上设有能够与齿条配合的锥型齿轮339，锥型齿轮339的上方设有若干斜齿340，所述滑动体335内还设有安装在转动体336上方的环形体341，环形体341中部设有能够与斜齿340配合的a齿孔342，所述滑套333下部外周设有齿纹343，所述滑动体335套设于滑套333外的结构为上部内径小下部内径大的台阶孔结构344，台阶孔结构344内径小的孔内表面设为能够与齿纹343配合的b齿孔345，所述滑动体335上端面及第一伺服电机332的端面设有能够互相配合相吸引/排斥从而使得滑动体335上下移动的电磁铁结构346，所述齿纹343下部均光滑过渡，形成为尖状结构347。通过电磁铁相互吸引，从而使得斜齿340与a齿孔342配合，b齿孔345与齿纹343分离，使得驱动滑动体332转动，当电磁铁相互排斥时，锥型齿轮339与第一凹槽338内的齿条啮合，斜齿340与a齿孔342分离，控制锥型齿轮339的转动，从而摄像头沿横轴337转动，从而调整摄像头的方向。

通过上述结构的摄像头的安装，该结构只需要一个电机即可控制摄像头的转动，控制高效、且占用体积小。

机体上设有与信息处理模块11分别连接的用于对外部设备搜索并连接通信的第一通信模块12、包括若干对无人机外部环境感知的传感器构成的传感器组件13、存储器14及导航模块15；存储器14为可擦除可编程只读存储器(EPROM)，信息处理模块11可采用ARM的架构。

佩戴在耳部的佩戴装置2，包括定位模块21、能够搜索到第一通信模块12并与之连接的第二通信模块22、语音识别模块23及声音播放模块24，定位模块21、第二通信模块22、语音识别模块23及声音播放模块24分别与处理器连接，声音播放模块24设于佩戴好后的耳道旁；

第一通信模块12包括雷达装置121及能够外部通信的通信组件，通信组件为4G或5G通信方式，雷达装置121包括雷达波发射及接收模块，佩戴装置2上设有雷达波反射器，雷达波反射器可采用特定的材料及特定的形状，如设置为铜合金材质构成的六棱柱形状；

传感器组件13包括超声波传感器及若干摄像头131，所述摄像头131包括安装于圆形槽内的可转动的摄像头，这些摄像头131设于无人机1外周，用于拍摄盲人周围环境，摄像头131分别与图像处理器连接，通过图像处理器处理后的图形，图形处理包括阶梯、凹坑、红路灯、马路、建筑物及特别标志（危险、禁止通行等），分析出盲人周围的环境状况，从而引导盲人行走。

所述第二通信模块22被构造成与其他设备无线方式的通信，所述第二通信模块22采用3G或4G或5G通信方式，优选为4G或5G通信方式。

所述传感器组件13还包括与信息处理模块11连接的陀螺仪、加速计、气压传感器、光线传感器及GPS模块。陀螺仪用于对飞行姿态感知，加速计用于测量无人机的加速度，气压传感器用于控制悬停高度，光线传感器用于悬停水平位置精确确定，GPS模块能够对无人机进行定位。

所述无人机1包括：

机体3上还设有若干与信息处理模块11连接的照明灯34。所述旋翼安装孔31的顶部及底部安装有可拆装的顶面设有网格的挡物环35，挡物环34为塑料材质，卡接在旋翼安装孔31内。机体3内还安装有电池组件，电池与所有用电设备连接，并为之供电。

一种导盲无人机系统的导盲方法，包括以下步骤：

步骤一、打开佩戴装置上的开关，第一通信模块12与第二通信模块22连接通信，佩戴装置2向无人机发送信号并将无人机唤醒；

步骤二、无人机上的雷达装置121发出雷达波，在接收到佩戴装置上的雷达波反射器反射回来的雷达波后，雷达装置将佩戴装置进行定位，再通过信息处理模块控制无人机启动并飞至相对于佩戴装置预先设定的位置，无人机可设于保持飞行在佩戴有佩戴装置的盲人的前面0.3-0.8m，离地高度为0.4～1.2m；

步骤三、无人机上的第一通信模块与第二通信模块实时通信，盲人通过语音将目标位置发送给导航模块，导航模块形成导航路径并发送给信息处理模块，无人机上的摄像头将盲人左右两侧及前方的路况拍照，通过图像处理器分析出实时路况，第一通信模块根据实时路况及路线将导航语音信号发送给佩戴装置；

步骤四、佩戴装置上的语音播放模块播放导航信息，以引导盲人。

上述导盲无人机系统的导盲方法中，所述佩戴装置通过语音识别模块对语音信号进行识别，语音识别模块采用六麦环形阵列语音识别技术，能够提高识别的精准度及降低噪音，并通过声音播放模块至少重复播放一次给盲人确认，盲人确认好后进行导航；佩戴装置通过声音播放模块将导航声音播放给盲人。

上述导盲无人机系统的导盲方法中，在导航过程中，若进入光线较暗区域或晚上时，光线传感器检测到光线亮度低于设定亮度，信息处理模块11控制设于无人机上的照明灯打开，从而使得能够在晚上进行导航。

综上，本导盲无人机系统及方法能够悬停在盲人旁，从而无人机感知盲人周围的环境状态并提供导航，这种导航装置使用方面，能够为盲人提供更为便捷、安全的出行。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (8)

1.用于导盲的无人机系统，其特征在于，包括：

呈扁形的椭球型的机体（3），机体（3）上设有垂直贯穿机体的4个旋翼安装孔（31），旋翼安装孔（31）内设有旋翼（32），机体（3）的顶面、底面、四周均设有超声波传感器，超声波传感器连接至信息处理模块（11）；

所述机体底部周围形成有若干圆形槽，所述圆形槽内设有可转动的摄像头；机体上还设有若干与信息处理模块连接的照明灯；摄像头的安装结构包括设于圆形槽底部的固定头，固定头上安装有第一伺服电机，第一伺服电机的转轴上套设有滑套，滑套固定安装在第一伺服电机机体上，滑套下部安装有扩大环，滑套上滑动安装有滑动体，滑动体为中部通孔结构，滑动体内通过横轴转动安装有转动体，所述转动体顶部设有截面为三角形的第一凹槽，第一凹槽的一侧壁上设有齿条，第一伺服电机的转轴上设有能够与齿条配合的锥型齿轮，锥型齿轮的上方设有若干斜齿，所述滑动体内还设有安装在转动体上方的环形体，环形体中部设有能够与斜齿配合的a齿孔，所述滑套下部外周设有齿纹，所述滑动体套设于滑套外的结构为上部内径小下部内径大的台阶孔结构，台阶孔结构内径小的孔内表面设为能够与齿纹配合的b齿孔，所述滑动体上端面及第一伺服电机的端面设有能够互相配合相吸引/排斥从而使得滑动体上下移动的电磁铁结构，所述齿纹下部均光滑过渡，形成为尖状结构；

机体（3）上设有与信息处理模块（11）分别连接的用于对外部设备搜索并连接通信的第一通信模块（12）、包括若干对无人机外部环境感知的传感器构成的传感器组件（13）、存储器（14）及导航模块（15）；

佩戴在耳部的佩戴装置（2），包括定位模块（21）、能够搜索到第一通信模块（12）并与之连接的第二通信模块（22）、语音识别模块（23）及声音播放模块（24），定位模块（21）、能够搜索到第一通信模块（12）并与之连接的第二通信模块（22）、语音识别模块（23）及声音播放模块（24）分别与处理器连接；

第一通信模块（12）包括雷达装置（121）及能够外部通信的通信组件，雷达装置（121）包括雷达波发射及接收模块，佩戴装置（2）上设有雷达波反射器；

传感器组件（13）包括超声波传感器及若干摄像头（131），所述摄像头（131）包括安装于圆形槽内的可转动的摄像头，这些摄像头（131）设于无人机（1）外周，用于拍摄盲人周围环境，摄像头（131）分别与图像处理器连接。

2.根据权利要求1所述的用于导盲的无人机系统，其特征在于，所述第二通信模块（22）被构造成与其他设备无线方式的通信。

3.根据权利要求1所述的用于导盲的无人机系统，其特征在于，所述传感器组件（13）还包括与信息处理模块（11）连接的陀螺仪、加速计、气压传感器、光线传感器及GPS模块。

4.根据权利要求2所述的用于导盲的无人机系统，其特征在于，所述第二通信模块（22）采用3G或4G或5G通信方式。

5.根据权利要求4所述的用于导盲的无人机系统，其特征在于，所述旋翼安装孔（31）的顶部及底部安装有可拆装的顶面设有网格的挡物环（35）。

6.采用上述权利要求1-5之一无人机系统的导盲方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、打开佩戴装置上的开关，第一通信模块（12）与第二通信模块（22）连接，佩戴装置（2）向无人机发送信号并将无人机唤醒；

步骤二、无人机上的雷达装置（121）发出雷达波，在接收到佩戴装置上的雷达波反射器反射回来的雷达波后，雷达装置将佩戴装置进行定位，再通过信息处理模块控制无人机启动并飞至相对于佩戴装置预先设定的位置；

步骤三、无人机上的第一通信模块与第二通信模块实时通信，盲人通过语音将目标位置发送给导航模块，导航模块形成导航路径并发送给信息处理模块，无人机上的摄像头将盲人左右两侧及前方的路况拍照，通过图像处理器分析出实时路况，第一通信模块根据实时路况及路线将导航语音信号发送给佩戴装置；

步骤四、佩戴装置上的语音播放模块播放导航信息，以引导盲人。

7.根据权利要求6所述的无人机系统的导盲方法，其特征在于，所述佩戴装置通过语音识别模块对语音信号进行识别，并通过声音播放模块至少重复播放一次给盲人确认；佩戴装置通过声音播放模块将导航声音播放给盲人。

8.根据权利要求7所述的无人机系统的导盲方法，其特征在于，在导航过程中，若进入光线较暗区域或晚上时，光线传感器检测到光线亮度低于设定亮度，信息处理模块（11）控制设于无人机上的照明灯打开。

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