CN111759059A - 行走式智能拐杖 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种行走式智能拐杖，该智能拐杖包括手柄、杖杆、车体、处理器、移动单元、存储器、模块和电源，手柄的下端部和杖杆的顶部连接，杖杆的下端部和车体的中部连接，移动单元、处理器、存储器和电源均设置在车体内部，模块中音频采集模块，以采集用户的语音命令；人脸识别模块，以对该拐杖前方的人进行识别；音频播放模块，以实现语音播放功能；收音机模块，以实现收音机功能；心率监测模块，以监测用户的心率状态；蓝牙模块，以连接用户手机；超声波模块，以检测该拐杖前方的障碍物；按键模块，以实现用户通过按键实现各模块的功能；本发明的智能拐杖能够提供智能避障、语音提示、人脸识别、心率监测等功能，从而保障老年人安全出行。

Description

行走式智能拐杖
技术领域
本发明属于智能设备应用技术领域，具体涉及一种行走式智能拐杖。
背景技术
老年人的记忆、视觉等方面的能力都有所下降，独自在外活动多有不便，容易因某些路况问题摔倒，也容易上陌生人的当被骗；另外，老年人容易发生整日丢三落四，上街买东西忘带钱，忘记吃药等事情。
随着电子科技的发展，智能自行拐杖作为一种辅助行走的简单设备，能够给予老年人一定的帮助，防止老年人摔倒，为老年人识别陌生人，提醒老年人一些备忘的事情，给老年人播放广播进行娱乐。
拐杖作为陪伴老年人时间最长的“朋友”，智能自行拐杖作为一种智能设备，能够与老年人进行简单沟通，给老年人一定的记忆提醒减缓记忆力下降，但是市场上存在的智能拐杖缺乏与老人沟通交流和人脸识别的功能。
发明内容
针对现有技术中智能拐杖存在功能单一，不能为老年人提醒障碍、不能为老年人监测生理状态和无法同老年人沟通的的不足，本发明提供了一种行走式智能拐杖，能够提供智能避障、语音提示、人脸识别、心率监测等功能，保障老年人安全出行，为老年人识别陌生人，同时可为老年人播放广播进行娱乐。
为达到上述目的，本发明的解决方案是：
一种行走式智能拐杖，其包括手柄、杖杆、车体、处理器、移动单元、存储器、模块和电源。
手柄的下端部和杖杆的顶部连接，杖杆的下端部和车体的中部连接。
移动单元、处理器、存储器和电源均设置在车体内部，并和车体连接，以控制该拐杖的移动。
电源与各模块、移动单元及处理器均电性连接，为各模块、移动单元及处理器供电。
模块包括与处理器电性连接的按键模块、超声波模块、音频采集模块、人脸识别模块、心率监测模块、蓝牙模块、收音机模块和音频播放模块；音频采集模块，以采集用户的语音命令；人脸识别模块，以对该拐杖前方的人进行识别；音频播放模块，以实现语音播放功能；收音机模块，以实现收音机功能；心率监测模块，以监测用户的心率状态；蓝牙模块，以连接用户手机；超声波模块，以检测该拐杖前方的障碍物；按键模块，以实现用户通过按键实现各模块的功能。
在本发明的一种具体实施例中，音频采集模块设置在手柄侧面，用于对用户的语音命令进行采集和识别，并且将识别出的语音命令转化为对应的数字信号传递给与其电性连接的处理器。
在本发明的一种具体实施例中，人脸识别模块设置在手柄前端面，用于对位于该拐杖前方的人脸进行识别，并且将识别的结果传递给与其电性连接的处理器。
在本发明的一种具体实施例中，音频播放模块设置在手柄内部，与处理器电性连接，处理器读取存储器中的信息并将音频信息传递给音频播放模块。
在本发明的一种具体实施例中，按键模块设置在手柄侧面，按键对应的信息传递给处理器，处理器对按键的信息做出应答并将应答信息传递给收音机模块、蓝牙模块、人脸识别模块及音频采集模块，以实现用户通过按键模块开启各功能。
在本发明的一种具体实施例中，收音机模块设置在车体内部，与处理器电性连接并接收来自处理器的命令信息。
在本发明的一种具体实施例中，心率监测模块设置在手柄的握把表面，与处理器及设置在手柄内部的蓝牙模块电性连接，心率监测模块将心率信息传递给处理器，再由处理器将心率信息传递给蓝牙模块，最后蓝牙模块将心率信息传递到用户手机。
在本发明的一种具体实施例中，超声波模块设置在车体的前端，用于当车体前方出现障碍物时传递信号给处理器。
在本发明的一种具体实施例中，移动单元包括轮子、驱动电机、电机支架和电机驱动板，其中，电机驱动板设置在车体内部，与处理器以及驱动电机电性连接，用于接收来自处理器的运动信息及驱动驱动电机；驱动电机通过电机支架与车体固定连接，用于和驱动电机轴固定连接的轮子转动。
处理器用于接收和处理来自于各模块的数据、小车运动路线的规划、传递运动信息给电机驱动板、读取存储器中的数据，以驱动音频播放模块和收音机模块。
在本发明的一种具体实施例中，行走式智能拐杖还包括连接环，杖杆的底端与连接环螺纹固定连接，连接环通过螺栓与车体固定连接；手柄的下端部与杖杆的顶部螺纹固定连接。
由于采用上述方案，本发明的有益效果是：
第一、本发明的行走式智能拐杖中行走小车(即车体)与拐杖刚性连接组成机械支撑结构，从而使得该智能拐杖稳定前行。
第二、本发明采用处理器和其他模块组成的主要功能系统，音频采集模块、处理器和音频播放模块组成的语音系统，音频采集模块采集用户语音命令并将信息传递给处理器，处理器对其信息做出应答并将应答信息传递给音频播放模块，以实现简单对话功能；人脸识别模块对拐杖前方的人进行识别，为老年用户区分熟人和陌生人以及达到防盗功能，也可为记忆力不好的用户辨别熟人和陌生人；收音机模块实现收音机功能，为用户提供简单的娱乐功能；心率监测模块实时监测用户的心率状态；蓝牙模块以连接用户手机传递各模块的数据；超声波模块检测小车前方的障碍物并将信息传递给处理器，处理器对障碍信息做出应答并将应答信息传递给音频播放模块和电机驱动板，以控制拐杖自动避障并为用户播报前方障碍信息。
第三、本发明由轮子驱动组成的移动单元，通过轮子的差速来控制运动，配合超声波模块检测的道路信息，并由处理器直接控制，可自动规划路线并引导用户进行避障。
附图说明
图1为本发明实施例的整体结构示意图。
图2是本发明实施例中的车体、杖杆与连接环连接的结构示意图。
图3是本发明实施例中的杖杆与手柄连接的结构示意图。
图4是本发明实施例中的移动单元与车体连接的结构示意图。
图5是本发明实施例中的各模块控制系统示意图。
附图标记：1、手柄；2、杖杆；3、按键模块；4、连接环；5、车体；6、轮子；7、超声波模块；8、音频采集模块；9、人脸识别模块；10、心率监测模块；11、处理器；12、驱动电机；13、电机支架；14、电源；15、蓝牙模块；16、收音机模块；17、音频播放模块；18、存储器；19、电机驱动板。
具体实施方式
本发明提供了一种行走式智能拐杖。
以下结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施例：
如图1所示，本实施例的行走式智能拐杖包括手柄1、杖杆2、车体5、连接环4、处理器11、移动单元、存储器18、模块和电源14；手柄1的下端部和杖杆2的顶部连接，杖杆2的下端部和车体5的中部连接；移动单元、处理器11、存储器18和电源14均设置在车体5内部，并和车体5连接，以控制该拐杖的移动；电源14与各模块、移动单元及处理器11均电性连接，为各模块、移动单元及处理器11供电。
模块包括与处理器11电性连接的按键模块3、超声波模块7、音频采集模块8、人脸识别模块9、心率监测模块10、蓝牙模块15、收音机模块16和音频播放模块17。其中，音频采集模块8设置在手柄1内部且只保留麦克风部位露在手柄1侧面，以采集用户的语音命令。人脸识别模块9设置在手柄1内部且只保留摄像头部位露在手柄1的前面，以对该拐杖前方的人进行识别。音频播放模块17设置在手柄1内部且只保留发声部位露在手柄1侧面，以实现语音播放功能。收音机模块16中收音机的喇叭露在车体5的外表面，以实现收音机功能。心率监测模块10设置在手柄1内部且只保留皮肤接触部位露在手柄1的握把底面，以监测用户的心率状态，并保证用户握住握把就可以触碰到心率监测模块10。蓝牙模块15设置在手柄1内部，以连接用户手机。超声波模块7的舵机通过螺栓固定连接在车体5的上表面，以检测该拐杖前方的障碍物。按键模块3设置在手柄1内部且使按键露在手柄1的侧面，以实现用户通过按键实现各模块的功能。在具体实施过程中，手机获取到行走式智能拐杖上传的信息后，手机可同步上传到云端，有任何意外使用者的亲人可从云端获取最新信息以便对使用者进行及时救助。
具体地，如图2所示，车体5通过4对M6螺栓与连接环4连接，连接环4与杖杆2通过螺纹进行连接，连接环4的中间通孔供出一段内螺纹与杖杆2底端的一段外螺纹进行配合连接，杖杆2和连接环4必须为空心，以保证车体5内的元件的通讯线可以穿过杖杆2和连接环4的通孔连接手柄1内的元件。
具体地，如图3所示，手柄1下端部的孔的内表面供出一段内螺纹与杖杆2上端部的一段外螺纹进行配合连接，手柄1必须为空心结构，以保证其内部可以设置各种功能模块。
具体地，如图4所示，移动单元包括轮子6、驱动电机12、电机支架13和电机驱动板19，轮子6与驱动电机12的轴直接通过小联轴器连接，驱动电机12通过电机支架13由4对螺栓与车体5连接，电机驱动板19通过螺栓与车体5固定连接，电机驱动板19与处理器11以及驱动电机12电性连接，用于接收来自于处理器11的运动信息及驱动驱动电机12。
具体地，如图5所示，蓝牙模块15与用户手机无线连接，以将用户的命令信息传递给处理器11及将用户的心率信息传递给用户的手机。音频采集模块8用于采集并识别用户的语音信息，再将该语音信息转化为对应的数字信号传递给处理器11，按键模块3用于直接接收用户的命令信息并将该信息传递给处理器11，处理器11对按键的信息做出应答并将应答信息传递给收音机模块16、蓝牙模块15、人脸识别模块9及音频采集模块8，以实现用户通过按键模块3开启各功能。心率监测模块10与处理器11及设置在手柄1内部的蓝牙模块15电性连接，心率监测模块10用于实时监测用户心率信息，并将该心率信息传递给处理器11，再由处理器11将心率信息传递给蓝牙模块15，最后蓝牙模块15将心率信息传递到用户手机。超声波模块7用于监测前方出现较大障碍信息时并将该障碍信息传递给处理器11。人脸识别模块9用于识别手柄1前方的人脸，并将识别结果传递给处理器11，存储器18用于存储音乐和人脸信息，音频播放模块17用于播放来自处理器11的音频信息，收音机模块16用于接收来自处理器11的命令信息并对应实现收音机功能，电机驱动板19用于接收处理器11的电机运动信息并根据该信息驱动驱动电机12，处理器11的主体为Jetson Nano，总之，处理器11用于处理或传递来自各模块的信息，例如各模块的数据、小车运动路线的规划、传递运动信息给电机驱动板19、读取存储器18中的数据，从而驱动音频播放模块17和收音机模块16。
避障功能实现步骤：由超声波模块7监测前方障碍信息并将该障碍信息传递给处理器11，处理器11根据该障碍信息规划行进路线，处理器11再根据规划好的路线信息转化为电机运动信息并将电机运动信息传递给电机驱动板19，处理器11再根据障碍信息从存储器18中调出对应的音频信息，电机驱动板19根据电机运动信息输出对应的电压给驱动电机12，驱动电机12对应带动轮子6转动完成避障，音频播放模块17根据处理器11传递的音频信息发出对应的语音，以对用户进行语音障碍提示。
人脸识别功能实现步骤：人脸识别模块9采集手柄1前方的人脸信息并与存储器18中的熟人人脸信息进行比对，并根据比对结果将识别结果传递给处理器11，处理器11根据识别结果从存储器18中调出对应的音频信息，音频播放模块17根据处理器11传递的音频信息发出对应的语音，以语音提示用户前方的人员是否为陌生人。
心率监测功能实现步骤：心率监测模块10实时监测用户心率信息，并将该心率信息传递给处理器11，再由处理器11将心率信息传递给蓝牙模块15，通过蓝牙模块15将心率信息传递到用户的手机上，用户可以打开手机app实时看到自己的心率信息。
按键控制功能实现步骤：按键模块3直接接收用户的命令信息并将该信息传递给处理器11，处理器11根据该命令信息输出对应的信息到对应的模块，从而实现按键控制。
收音机功能实现步骤：用户可通过手机app、按键模块3输出控制收音机模块16的命令信息，处理器11根据该命令信息输出控制收音机模块16的信息，收音机模块16根据该信息实现对应的收音机功能。
语音控制功能实现步骤：音频采集模块8用于采集并识别用户的语音信息，再将该语音信息传递给处理器11，处理器11根据该信息输出相应的命令信息到对应的功能模块，从而实现语音控制，同时处理器11可根据该信息从存储器18中调出对应的音频信息并将该音频信息传递给音频播放模块17，音频播放模块17根据处理器11传递的音频信息发出对应的语音，以实现简单的对话功能。
综上所述，本发明具有如下优点：
(1)功能模块化。本着“陪伴老人，保障老人，娱乐老人”的原则，为智能拐杖配备了人脸识别、自动避障、简单语音聊天、心率监测、手机连接、收音机等多种功能，简单的模块通过处理器组合，实现拐杖的智能化，为老年用户提供适合的功能。同时提供的模块标准化接口可以供更多的人开发模块，有助于丰富智能拐杖的功能，便于用户选择适合的个性化定制拐杖。
(2)超声波模块加算法规划路线。以四个轮子构成移动单元，超声波模块对前方的路况进行探测，探测到的障碍位置信息传给处理器，由处理器进行运算规划路线并控制驱动移动单元，实现自动避障、引导用户避障。
(3)人性化语音提示。音频采集模块对用户的语音进行采集，处理器分析采集的语音信息并由算法给出人性化答复，音频播放模块给用户语音回复。同时，可实现备忘录语音化，不定时提醒老年健忘的用户。
(4)互联网连接实现手机控制。配套的APP和线上数据反馈与分析，将用户的心率信息实时传输给用户的手机，还可通过手机选择避障规划好的路线，实现智能化的同时用户也可完全自主操作。
上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本发明。熟悉本领域技术人员显然可以容易的对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中，而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例。本领域技术人员根据本发明的原理，不脱离本发明的范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种行走式智能拐杖，其特征在于：其包括手柄(1)、杖杆(2)、车体(5)、处理器(11)、移动单元、存储器(18)、模块和电源(14)；
所述手柄(1)的下端部和杖杆(2)的顶部连接，所述杖杆(2)的下端部和车体(5)的中部连接；
所述移动单元、处理器(11)、存储器(18)和电源(14)均设置在车体(5)内部，并和车体(5)连接，以控制该拐杖的移动；
所述电源(14)与各模块、移动单元及处理器(11)均电性连接，为各模块、移动单元及处理器(11)供电；
所述模块包括与处理器(11)电性连接的按键模块(3)、超声波模块(7)、音频采集模块(8)、人脸识别模块(9)、心率监测模块(10)、蓝牙模块(15)、收音机模块(16)和音频播放模块(17)；所述音频采集模块(8)，以采集用户的语音命令；所述人脸识别模块(9)，以对该拐杖前方的人进行识别；所述音频播放模块(17)，以实现语音播放功能；所述收音机模块(16)，以实现收音机功能；所述心率监测模块(10)，以监测用户的心率状态；所述蓝牙模块(15)，以连接用户手机；所述超声波模块(7)，以检测该拐杖前方的障碍物；所述按键模块(3)，以实现用户通过按键实现各模块的功能。
2.根据权利要求1所述的行走式智能拐杖，其特征在于：所述音频采集模块(8)设置在手柄(1)侧面，用于对用户的语音命令进行采集和识别，并且将识别出的语音命令转化为对应的数字信号传递给与其电性连接的处理器(11)。
3.根据权利要求1所述的行走式智能拐杖，其特征在于：所述人脸识别模块(9)设置在手柄(1)前端面，用于对位于该拐杖前方的人脸进行识别，并且将识别的结果传递给与其电性连接的处理器(11)。
4.根据权利要求1所述的行走式智能拐杖，其特征在于：所述音频播放模块(17)设置在手柄(1)内部，与处理器(11)电性连接，处理器(11)读取存储器(18)中的信息并将音频信息传递给音频播放模块(17)。
5.根据权利要求1所述的行走式智能拐杖，其特征在于：所述按键模块(3)设置在手柄(1)侧面，按键对应的信息传递给处理器(11)，处理器(11)对按键的信息做出应答并将应答信息传递给收音机模块(16)、蓝牙模块(15)、人脸识别模块(9)及音频采集模块(8)，以实现用户通过按键模块(3)开启各功能。
6.根据权利要求1所述的行走式智能拐杖，其特征在于：所述收音机模块(16)设置在车体(5)内部，与处理器(11)电性连接并接收来自处理器(11)的命令信息。
7.根据权利要求1所述的行走式智能拐杖，其特征在于：所述心率监测模块(10)设置在手柄(1)的握把表面，与处理器(11)及设置在手柄(1)内部的蓝牙模块(15)电性连接，心率监测模块(10)将心率信息传递给处理器(11)，再由处理器(11)将心率信息传递给蓝牙模块(15)，最后蓝牙模块(15)将心率信息传递到用户手机。
8.根据权利要求1所述的行走式智能拐杖，其特征在于：所述超声波模块(7)设置在车体(5)的前端，用于当车体(5)前方出现障碍物时传递信号给处理器(11)。
9.根据权利要求1所述的行走式智能拐杖，其特征在于：所述移动单元包括轮子(6)、驱动电机(12)、电机支架(13)和电机驱动板(19)，其中，所述电机驱动板(19)设置在车体(5)内部，与处理器(11)以及驱动电机(12)电性连接，用于接收来自处理器(11)的运动信息及驱动驱动电机(12)；所述驱动电机(12)通过电机支架(13)与车体(5)固定连接，用于和驱动电机(12)轴固定连接的轮子(6)转动；
所述处理器(11)用于接收和处理来自于各模块的数据、小车运动路线的规划、传递运动信息给电机驱动板(19)、读取存储器(18)中的数据，以驱动音频播放模块(17)和收音机模块(16)。
10.根据权利要求1所述的行走式智能拐杖，其特征在于：所述行走式智能拐杖还包括连接环(4)，所述杖杆(2)的底端与连接环(4)螺纹固定连接，所述连接环(4)通过螺栓与车体(5)固定连接；所述手柄(1)的下端部与杖杆(2)的顶部螺纹固定连接。
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