CN109806121A - 避障导盲探路车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于助盲的探路车，包括探路车车体、单片机控制单元、检测机构、电机驱动机构及执行机构；检测机构为超声波传感器，用于检测前方路况的信息；单片机控制单元根据检测到的前方路况信息来控制执行机构的工作；电机驱动机构包括电机驱动芯片和直流电机；执行机构包括制动装置和报警器；制动装置包括舵机和碟刹装置；舵机安装在车体的侧面，碟刹装置的卡钳安装在探路车车体的侧面且靠近舵机，舵机的输出端与碟刹装置的卡钳连接。在非使用状态下，此避障导盲探路车可以实现折叠功能，折叠后可以使其占据更小的空间，便于携带与移动。该探路车的避障性能较好，程序执行能力较强，可以有效地实现检测障碍、避障和报警的功能。

Description

避障导盲探路车

技术领域

本发明涉及避障导盲领域，具体涉及一种避障导盲探路车。

背景技术

视觉功能是人类获得信息的主要来源，因此，盲人在日常生活中的很多方面受到了很大的制约。几乎所有的视力残疾人士都希望有一个便捷的辅助装置来帮助他们和正常人一样的前行，并且能确保他们在道路上行走时更加方便和安全。目前，大多数的盲人都是通过普通的盲杖或者导盲犬来辅助行走，但是这两种导盲方式都存在其固有的缺陷，如：盲杖只能通过触碰的方式探测局部的障碍物，存在着太多的不足，而导盲犬虽然可以协助引导盲人行进，但存在训练周期和适应期过长、成本较高等缺点，这也使导盲犬的使用率并不高。

为解决上述问题，全世界都在研究各种避障导盲辅具。已经成功研制的导盲辅具有：多功能盲杖、移动式机器人、穿戴式导盲仪等。但这些避障导盲辅具普遍存在着携带不便且价格昂贵的缺点。

多功能盲杖是一种经过内部改造的电子类导盲手杖，盲杖的末端通常装载有相关的检测装置。导盲手杖的特点是体积较小、重量较轻，但由于其舍弃了机械结构和动力装置，所以导盲手杖只对使用者起到支撑和障碍物提示的作用，并不能通过施加力来导引使用者及时避开障碍，虽然导盲手杖可以对前方的障碍做出检测并及时提醒使用者，但本质上还是靠使用者自己做出判断并停止前进，并且，导盲手杖通常使用声音信号进行提醒，不能保证在干扰较多的场合下准确地提醒使用者，因此其发展方向有待考证；移动式机器人在很多公共场合存在携带不便的问题，导致盲人无法将导盲设备随身携带，造成暂时性的无导盲状态；穿戴式导盲仪虽然比移动式机器人灵活方便，但是这种导盲装置是穿载在盲人身上的，它的重量较重，并且无法给盲人提供心理上的安全感和依赖感，穿戴式导盲仪在功能完善的同时，价格也在上升。当前国内外已经研发出各种各样的导盲系统，生产出许多新型智能导盲装置，但由于价格过于昂贵，均未能较好的普及。

综上所述，虽然避障导盲辅具的结构形式多种多样，但大部分的避障导盲辅具都使用声音信号来提醒使用者，不能保证在干扰较多的场合中准确地提醒使用者避障。此外，绝大多数的避障导盲辅具都存在其固有的缺点，经济性和实用性不能并存。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种避障导盲探路车，其经济性和实用性较好，具有支撑功能，并且能实现声音、引导和制动相结合的避障功能。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种避障导盲探路车，包括探路车车体、单片机控制单元、检测机构、电机驱动机构及执行机构。

所述检测机构为超声波传感器；所述超声波传感器安装在手推架的前端；超声波传感器用于检测前方路况的信息；

所述探路车车体为框架结构，可折叠；所述探路车车体上安装可任意调整角度和长度的手推架；所述手推架上设置有硬件安置槽；所述硬件安置槽上设置有单片机控制单元、蜂鸣报警器和供电装置；所述探路车车体上设置有手推架支撑杆，用于支撑并固定手推架；

所述执行机构包括制动装置和报警器；所述制动装置包括舵机和碟刹装置；所述舵机安装在探路车车体的侧面；所述碟刹装置的卡钳安装在探路车车体的侧面且靠近舵机，舵机的输出端与碟刹装置的卡钳连接；所述碟刹装置的碟盘安装在定向轮的轮毂上；所述报警器为蜂鸣器报警器；所述蜂鸣器报警器安装在所述硬件安置槽上；

所述单片机控制单元分别与执行机构和检测机构连接，检测机构将检测的信息传送到单片机控制单元，所述单片机控制单元根据检测障碍物的信息控制执行机构的工作；

所述电机驱动机构包括直流电机驱动芯片和直流电机；所述电机驱动机构向探路车施加驱动力。

所述探路车采用四轮支撑的方式；所述四轮支撑方式由两个定向轮和两个万向轮共同支撑而实现；所述万向轮安置在车体底盘的正前方，从而实现了探路车的灵活变相功能；所述定向轮安置在车体底盘的正后方，且为驱动轮。

所述两个定向驱动轮分别通过两根钢轴、旋转联轴器固定在探路车车体上，并受控于所述驱动模块。

作为优选，所述单片机控制单元为Arduino UNO R3 mega328单片机；

所述Arduino UNO R3 mega328单片机包括输入模块、运算模块和输出模块；

所述输入模块用于接收检测机构的信息；

所述运算模块用于根据输入模块传输的信息进行分析，运算出执行机构的工作情况；

所述输出模块根据信号控制执行机构的工作。

所述Arduino UNO R3 mega328单片机与超声波传感器、蜂鸣报警器和舵机连接；所述超声波传感器将检测的信息传送到Arduino UNO R3 mega328单片机，所述ArduinoUNO R3 mega328单片机根据检测障碍物的信息控制蜂鸣报警器和舵机的工作。

作为优选，所述超声波传感器采用TELESKY HC-SR04超声波传感器，且至少为2个；

所述超声波传感器包括第一超声波传感器和第二超声波传感器；所述第一超声波传感器安装在手推架的左前方；所述第二超声波传感器安装在手推架的右前方；

作为优选，所述蜂鸣器模块采用Risym有源高电平蜂鸣器模块，且至少为1个；

作为优选，所述舵机采用MG995舵机，且数量为2个；

所述舵机包括第一舵机和第二舵机；所述第一舵机安装在探路车车体的左侧面；所述第二舵机安装在探路车车体的右侧面。

所述超声波传感器的探测距离可在程序代码中更改，本发明的默认探测距离为50cm；如果所述超声波传感器前方的50cm内有障碍物，障碍物的信息就会被所述超声波传感器的接收端接收，并向单片机控制单元传输触发信号；

所述检测机构检测到使用者前方指定的探测距离内是否有障碍物，并将信息发送到单片机控制单元；当检测到探路车前方指定的探测距离内没有障碍物时，所述避障导盲探路车可以正常运行并向前行走；当检测到探路车前方指定的探测距离内有障碍物时，所述检测机构将障碍信息传输到单片机控制单元，单片机控制单元经计算后将高电平信号传输给所述执行机构，进而控制执行机构工作。

当探路车左前方的超声波传感器检测到障碍物信号时，单片机控制单元接收到障碍物信号，经过计算和判断，执行探路车转向程序，控制探路车右侧的舵机旋转，拉动探路车车体右侧的碟刹装置，使探路车的右后轮减速或制动，而探路车的左后轮保持驱动速度不变，从而使探路车自动右转，同时报警器发声报警，直至探路车前方无障碍，探路车继续向前行进；当探路车右前方有障碍时同理，探路车即自动左转。

当探路车正前方有障碍物时，探路车的左前方和右前方的两个超声波传感器同时检测到障碍物信号，单片机控制单元接收到两只传感器传入的障碍物信号，经过计算和判断，执行探路车制动程序，控制两只舵机同时旋转，拉动探路车的两个碟刹装置，使两个后轮同时制动，探路车立即停止，报警器发声报警。

当探路车使用结束后，可以将其折叠。松开所述用于紧定所述手推架的手柄螺丝，取消所述手推架支撑杆对所述手推架的固定，折叠放下所述手推架支撑杆，将所述可伸缩的手推架缩回并折叠放下，即完成了对探路车的折叠。折叠后可以使所述探路车在非使用的状态下占据更小的空间，便于携带与移动。

本发明提供的避障导盲探路车具有以下优点：

1.本发明能起到支撑功能，并且能实现声音、引导和制动相结合的避障功能，能保证在干扰较多的场合中准确地提醒并引导使用者避障。

2.本发明采用超声波传感器探测障碍的方法，可以避免探路车与前方障碍物或者人的接触，防止损坏前方物体或者对人产生伤害。

3.本发明具有折叠功能，折叠后可以使所述探路车在非使用的状态下占据更小的空间，便于携带与移动。

4.本发明以 Arduino 为主控单元，通过传感器采集数据，经由计算机算法控制，系统硬件的各个模块相互配合，从而实现了探路车有效避障并报警的目的。

5.本发明采用四轮支撑的方式，使其在行走过程中更加平稳。当使用者在有坑陷的道路上使用探路车辅助行走时，四轮支撑的方式可以使其感知到道路的凹坑并注意。

6.本发明采用后轮驱动的方式，通过对使用者施加牵引力，实现了助力功能。

附图说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为单片机控制单元的程序流程图；

图3为本发明的控制系统结构示意图。

图中，1-手柄螺丝，2-超声波传感器，3-硬件安置槽，4-舵机，5-探路车车体，6-万向轮，7-手推架，8-制动卡钳，9-直流电机，10-制动碟盘，11-手推架支撑杆，12-定向驱动轮。

Claims (8)

1.一种避障导盲探路车，其特征在于：包括探路车车体、单片机控制单元、检测机构、电机驱动机构及执行机构；所述检测机构为超声波传感器；所述超声波传感器安装在手推架的前端；超声波传感器用于检测前方路况的信息；所述探路车车体为框架结构，可折叠；所述探路车车体上安装可任意调整角度和长度的手推架；所述手推架上设置有硬件安置槽；所述硬件安置槽上设置有单片机控制单元、蜂鸣报警器和供电装置；所述探路车车体上设置有手推架支撑杆，用于支撑并固定手推架；所述超声波传感器安置在所述手推架前端；所述执行机构包括制动装置和报警器；所述制动装置包括舵机和碟刹装置；所述舵机安装在探路车车体的侧面；所述碟刹装置的卡钳安装在探路车车体的侧面且靠近舵机，舵机的输出端与碟刹装置的卡钳连接；所述碟刹装置的碟盘安装在定向轮的轮毂上；所述报警器为蜂鸣器报警器；所述蜂鸣器报警器安装在所述硬件安置槽上；所述单片机控制单元分别与执行机构和检测机构连接，检测机构将检测的信息传送到单片机控制单元，所述单片机控制单元根据检测障碍物的信息控制执行机构的工作；所述电机驱动机构包括直流电机驱动芯片和直流电机；所述电机驱动机构向探路车施加驱动力。

2.根据权利要求1所述的避障导盲探路车，其特征在于：所述探路车采用四轮支撑的方式；所述四轮支撑方式由两个定向轮和两个万向轮共同支撑而实现；所述万向轮安置在车体底盘的正前方，从而实现了探路车的灵活变相功能；所述定向轮安置在车体底盘的正后方，且为驱动轮；所述两个定向驱动轮分别通过两根钢轴、旋转联轴器固定在探路车车体上，并受控于所述驱动模块。

3.根据权利要求1所述的避障导盲探路车，其特征在于：所述手推架以可枢转的方式连接到所述车体框架上；所述手推架可在展开状态与折叠状态之间转换；所述手推架支撑杆通过手柄螺丝来固定所述手推架的位置；所述手推架支撑杆能操作以准许或防止所述手推架在其展开状态与其折叠状态之间移动。

4.根据权利要求1所述的避障导盲探路车，其特征在于：所述电机驱动机构包括电机驱动芯片MC33886和直流电机；所述单片机控制单元为Arduino UNO R3 mega328单片机；所述Arduino UNO R3 mega328单片机包括输入模块、运算模块和输出模块；所述输入模块用于接收检测机构的信息；所述运算模块用于根据输入模块传输的信息进行分析，运算出执行机构的工作情况；所述输出模块根据信号控制执行机构的工作；所述Arduino UNO R3mega328单片机与超声波传感器、蜂鸣报警器和舵机连接；所述超声波传感器将检测的信息传送到Arduino UNO R3 mega328单片机，所述Arduino UNO R3 mega328单片机根据检测障碍物的信息控制蜂鸣报警器和舵机的工作；所述超声波传感器采用TELESKY HC-SR04超声波传感器，且至少为2个；所述蜂鸣器模块采用Risym有源高电平蜂鸣器模块，且至少为1个；所述舵机采用MG995舵机，且数量为2个；所述超声波传感器包括第一超声波传感器和第二超声波传感器；所述第一超声波传感器安装在手推架的左前方；所述第二超声波传感器安装在手推架的右前方；所述舵机包括第一舵机和第二舵机；所述第一超舵机安装在探路车车体的左侧；所述第二舵机安装在探路车车体的右侧。

5.根据权利要求1所述的避障导盲探路车，其特征在于：所述超声波传感器的探测距离可在程序代码中更改，本发明的默认探测距离为50cm；如果所述超声波传感器前方的50cm内有障碍物，障碍物的信息就会被所述超声波传感器的接收端接收，并向单片机控制单元传输触发信号。

6.一种根据权利要求1、2、3、4、5任意一项所述避障导盲探路车的工作方法，其特征在于，包括避障的步骤：所述检测机构检测到使用者前方指定的探测距离内是否有障碍物，并将信息发送到单片机控制单元；当检测到探路车前方指定的探测距离内没有障碍物时，所述避障导盲探路车可以正常运行并向前行走；当检测到探路车前方指定的探测距离内有障碍物时，所述检测机构将障碍信息传输到单片机控制单元，单片机控制单元经计算后将高电平信号传输给所述执行机构，进而控制执行机构工作。

7.根据权利要求6所述的执行机构工作方法，其特征在于：当探路车左前方的超声波传感器检测到障碍物信号时，单片机控制单元接收到障碍物信号，经过计算和判断，执行探路车转向程序，控制探路车右侧的舵机旋转，拉动探路车车体右侧的碟刹装置，使探路车的右后轮减速或制动，而探路车的左后轮保持驱动速度不变，从而使探路车自动右转，同时报警器发声报警，直至探路车前方无障碍，探路车继续向前行进；当探路车右前方有障碍时同理，探路车即自动左转；当探路车正前方有障碍物时，探路车的左前方和右前方的两个超声波传感器同时检测到障碍物信号，单片机控制单元接收到两只传感器传入的障碍物信号，经过计算和判断，执行探路车制动程序，控制两只舵机同时旋转，拉动探路车的两个碟刹装置，使两个后轮同时制动，探路车立即停止，报警器发声报警。

8.根据权利要求1所述的避障导盲探路车，其特征在于：当所述避障导盲探路车使用结束后，可以将其折叠；松开所述手柄螺丝，取消所述手推架支撑杆对所述手推架的固定，折叠放下所述手推架支撑杆，将所述手推架缩回并折叠放下，即完成了对探路车的折叠；折叠后可以使所述避障导盲探路车在非使用的状态下占据更小的空间，便于携带与移动。