CN109077901A - 一种符合人体工学的可穿戴式助盲机器人机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种符合人体工学的可穿戴式助盲机器人机构，利用拍摄相机、深度相机与激光雷达、惯性导航设备等，实现地图构建与实时稳健定位导航。通过语音交互结构实现机器人与盲人的双向语音交互，供能与计算结构为整个机器人提供供电与相关计算的功能。本发明结合人体工学理论，采用穿戴式助盲机器人设计方法，使得盲人负重配置均匀；采用激光雷法结合盲杖的多功能盲杖设计思路，实时识别地面路况，提高盲人行走的安全性；采用双向语音交互与震动手环交互的方法，克服盲人在嘈杂环境下的人机交互可靠性低的不足。

Description

一种符合人体工学的可穿戴式助盲机器人机构

技术领域

本发明涉及机器人研究与工程领域，具体是指一种符合人体工学的可穿戴的助盲机器人机构。

背景技术

对于视力障碍人士来说如何掌握行走的方式和特性是日常生活的重要部份，视力障碍人士可以依赖一定的辅助设施，比如传统的盲杖、加入声波探测障碍物的电子盲杖，还有其他的盲人导航设备等等。但绝大多数的视力残疾人士觉得，现时所能提供的辅助设施实际上不能满足他们的活动需要，它们不能给用户提供正确的路径和躲避障碍。

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，能确保他们在路上感觉方便和安全。

目前的助盲设备主要有手杖类导盲辅具、移动式导盲辅具、穿戴式导盲辅具等，手杖类辅具为现有的最普遍的助盲工具，由于其结构单和功能单一，极大限制了盲人的行动能力和活动范围；移动式辅具中主要针对老年群体，虽然功能强大，但由于体积过大，对大多数盲人而言，其适应性不强；而可穿戴式辅具具有结构灵活，功能多样等特点，是助盲机器人的一种有效解决方案。

一款能够满足视力障碍人士的助盲机器人应该具有对环境的全面精确感知、可靠稳定的定位导航、有效的人机交互处理等，然后，现有条件下满足上述需求的助盲机器人较少。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种符合人体工学的可穿戴式的助盲机器人机构，利用拍摄相机、深度相机与激光雷达、惯性导航设备等，实现地图构建与实时稳健定位导航。通过语音交互结构实现机器人与盲人的双向语音交互，供能与计算结构为整个机器人提供供电与相关计算的功能。

本发明可穿戴式助盲机器人机构，是采用以下技术方案实现的：

一种符合人体工学的可穿戴式助盲机器人机构，该机构由头部可穿戴结构、多功能腰带、多功能盲杖、供能与计算结构和震动交互手环组成。其中，头部可穿戴结构包含：拍摄相机、安全头盔、语音交互耳机与语音交互眼镜；多功能腰带包含：腰带、第一深度相机、第二深度相机和惯性导航设备；多功能盲杖包含：盲杖和激光雷达；供能与计算结构包含：背包和主机。拍摄相机固定安装在安全头盔的前部，第一深度相机与第二深度相机固定安装在多功能腰带的正前端，惯性导航设备连接在多功能腰带的左前侧；盲杖为手持式盲杖，激光雷达固定连接在盲杖的中部，背包为双肩式背包，主机置于背包内。

拍摄相机以一定的仰角固定在安全头盔的前端，用于采集周围环境的图像信息，安全头盔对头部起到保护作用；语音交互眼镜与语音交互耳机连接构成机器人机构的语音交互结构，实现双向人机交互功能。

第一深度相机和第二深度相机用以识别周围环境的深度信息，如门窗、桌椅墙壁、简单建筑物等，用于辅助地图构建，结合惯性导航设备，实现对盲人的定位与导航。第一深度相机与第二深度相机安装在多功能腰带正前方，位于人体的前侧。。

盲杖辅助盲人行走，激光雷达以一定仰角安装在盲杖的中部，实现对地面的扫描，辅助构建地图，识别地面平坦情况，提高盲人行走的安全性。

所述供能与计算结构由双肩背包与内置主机构成，双肩形式的背包有利于盲人的负重平衡，内置主机为机器人的其他结构提供电能与计算需要。在嘈杂环境下，考虑到外界噪声对双向人机交互的不利影响，利用震动交互手环，通过不同强度、不同频率和不同时间的震动实现机器人与盲人之间的信息传递。主机位于背包内，由人体来负重，震动交互手环佩戴在人体的手腕部位，有利于对震动信息的敏锐感知。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

本发明优点主要表现在：结合人体工学理论，采用穿戴式助盲机器人设计方法，使得盲人负重配置均匀；采用激光雷法结合盲杖的多功能盲杖设计思路，实时识别地面路况，提高盲人行走的安全性；采用双向语音交互与震动手环交互的方法，克服盲人在嘈杂环境下的人机交互可靠性低的不足；

附图说明

图1是本发明的符合人体工学的可穿戴式助盲机器人机构示意图；

图2是本发明的头盔-相机结构示意图；

图3是本发明的语音交互耳机示意图；

图4是本发明的语音交互眼镜示意图；

图5是本发明的多功能腰带示意图；

图6是本发明的多功能盲杖示意图；

图7是本发明的供能与计算结构示意图；

图8是本发明的震动交互手环示意图；

图中：A、头部可穿戴结构，B、多功能腰带，C、多功能盲杖，D、供能与计算结构，E、震动交互手环，P、人体模型，A1、拍摄相机，A2、安全帽，A3、耳架，A4、音频输出，A5、眼镜镜片，A6、带固定翼片的眼镜架，A7、电池腔，A8、音频采集，B1、第一深度相机，B2、第二深度相机，B3、腰带，B4、惯性导航设备，C1、盲杖，C2、激光雷达，C3、激光雷达扫描方向，D1、背包，D2、背带，D3、内置主机，E1、震动器，E2、固定螺丝，E3、手环架。

具体实施方式

下图结合附图对本发明做进一步说明。

参见图1，本发明提供的一种符合人体工学的可穿戴的助盲机器人机构。包含头部可穿戴结构A，多功能腰带B，多功能盲杖C，供能与计算结构D和震动交互手环E；头部可穿戴结构A，多功能腰带B，多功能盲杖C，供能与计算结构D和震动交互手环E均穿戴在人体模型P上，头部可穿戴结构A穿戴在人体模型P的头部，多功能腰带B穿戴在人体模型P的腰部，多功能盲杖C穿戴在人体模型P的手部，供能与计算结构D穿戴在人体模型P的背部，震动交互手环E穿戴在人体模型P的手环上。

参见图2，头部可穿戴结构A中的头盔-相机结构，由安全头盔A2与拍摄相机A1组成，拍摄相机A1以一定的仰角固定安装在安全头盔A2上。

参见图3，所述语音交互耳机，该设备采用蓝牙通讯方式，通过耳架A3固定到人体，再由音频输出A4传递音频信息。

参见图4，所述语音交互眼镜，由带固定翼片的眼镜架A6、眼镜镜片A5、电池腔A7和音频采集A8组成。翼片可以加强语音交互眼镜的固定作用，电池腔A7用于安装纽扣电池以供能，音频采集A8能够采集人体的语音信息，语音信息输入至主机中并进行识别处理，为实现双向人机交互的一个环节。

参见图5，该多功能腰带包含：第一深度相机B1，第二深度相机B2，腰带B3，惯性导航设备B4。腰带固定安装在人体P的腰部位置，第一深度相机B1、第二深度相机B2的惯性导航设备固定安装在腰带外侧。第一深度相机B1、第二深度相机B2用于采集环境的深度信息，结合拍摄相机A1与激光雷达C2采集的环境信息构建环境地图，结合惯性导航设备实现对盲人的定位与导航。

参见图6，所述为多功能盲杖结构示意图，盲杖底部四个均匀分布的接触角由利于盲人的平衡行走，在盲杖C1的中部固定安装有一个激光雷达，激光雷达以一定倾斜角安装，可以扫描地面的路况，扫描方向如C3所示，激光雷达获取的地面路况信息(如坑、洼、凸起等)结合拍摄相机A1与深度相机(B1、B2)的信息构建地图，利用惯性导航设备建立人体位置姿态和速度信息关系，对盲人进行实时定位与导航。

参见图7，供能与计算结构由背包D1，背带D2，内置主机D3组成，为平衡盲人负重，采用双肩式背包，背包D1内安装有内置主机，内置主机主要提供供能，为可穿戴结构A，多功能腰带B，多功能盲杖C，震动交互手环E等结构和环节提供相关计算处理等功能。

参见图8，所述为震动交互手环，包含震动器E1，固定螺丝E2，手环架E3。手环架由柔性材料构成，手环架上的开口可方便盲人进行拆卸，其内部的震动器可产生不同频率、不同强度、不同延续时间的震动信号，可以替代嘈杂环境下的语音交互，实现人机信息传递。

Claims (5)

1.一种符合人体工学的可穿戴式助盲机器人机构，其特征在于：该机构由头部可穿戴结构、多功能腰带、多功能盲杖、供能与计算结构和震动交互手环组成；其中，头部可穿戴结构包含：拍摄相机、安全头盔、语音交互耳机与语音交互眼镜；多功能腰带包含：腰带、第一深度相机、第二深度相机和惯性导航设备；多功能盲杖包含：盲杖和激光雷达；供能与计算结构包含：背包和主机；拍摄相机固定安装在安全头盔的前部，第一深度相机与第二深度相机固定安装在多功能腰带的正前端，惯性导航设备连接在多功能腰带的左前侧；盲杖为手持式盲杖，激光雷达固定连接在盲杖的中部，背包为双肩式背包，主机置于背包内。

2.根据权利要求1所述的一种符合人体工学的可穿戴式助盲机器人机构，其特征在于：拍摄相机以一定的仰角固定在安全头盔的前端，用于采集周围环境的图像信息，安全头盔对头部起到保护作用；语音交互眼镜与语音交互耳机连接构成机器人机构的语音交互结构，实现双向人机交互功能。

3.根据权利要求1所述的一种符合人体工学的可穿戴式助盲机器人机构，其特征在于：第一深度相机和第二深度相机用以识别周围环境的深度信息，如门窗、桌椅墙壁、简单建筑物等，用于辅助地图构建，结合惯性导航设备，实现对盲人的定位与导航；第一深度相机与第二深度相机安装在多功能腰带正前方，位于人体的前侧。

4.根据权利要求1所述的一种符合人体工学的可穿戴式助盲机器人机构，其特征在于：盲杖辅助盲人行走，激光雷达以一定仰角安装在盲杖的中部，实现对地面的扫描，辅助构建地图，识别地面平坦情况，提高盲人行走的安全性。

5.根据权利要求1所述的一种符合人体工学的可穿戴式助盲机器人机构，其特征在于：所述供能与计算结构由双肩背包与内置主机构成，双肩形式的背包有利于盲人的负重平衡，内置主机为机器人的其他结构提供电能与计算需要；在嘈杂环境下，考虑到外界噪声对双向人机交互的不利影响，利用震动交互手环，通过不同强度、不同频率和不同时间的震动实现机器人与盲人之间的信息传递；主机位于背包内，由人体来负重，震动交互手环佩戴在人体的手腕部位，有利于对震动信息的敏锐感知。