CN112880673A - 基于智能拐杖的导航方法、导航装置和智能拐杖 - Google Patents

基于智能拐杖的导航方法、导航装置和智能拐杖 Download PDF

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Abstract

本申请涉及康复机器人技术领域，公开一种基于智能拐杖的导航方法。该基于智能拐杖的导航方法包括：获得当前用户位置、导航路线和用户的当前行走意图，根据当前用户位置、导航路线和当前行走意图，确定用户偏离导航路线的偏离值，根据偏离值对用户进行相关提示。采用该基于智能拐杖的导航方法可减少对用户的提示频率，用户无需实时接收智能拐杖的提示，用户使用效果较好。本申请还公开一种基于智能拐杖的导航装置和智能拐杖。

Description

基于智能拐杖的导航方法、导航装置和智能拐杖
技术领域
本申请涉及康复机器人技术领域，例如涉及一种基于智能拐杖的导航方法、导航装置和智能拐杖。
背景技术
目前，智能拐杖可搭配外骨骼机器人共同使用，以辅助用户完成一系列的康复训练动作，还可辅助丧失全部或部分行走能力的用户重新行走；智能拐杖还可被单独使用，以辅助具备行走能力但走路不稳的用户正常行走。
用户在使用智能拐杖的过程中，手被占用，不便同时使用手机等智能终端的导航软件，在一些现有技术中，智能拐杖包括处理器、电源模块、定位模块、通信模块、震动模块；震动模块包括左震动器与右震动器，左、右震动器对应分布于手柄的左、右两侧；处理器的输入端与电源模块的输出端连接，处理器与通信模块连接，处理器与定位模块连接，处理器的输出端分别与左震动器与右震动器连接。这样，可通过左、右震动器为用户提示正确路径。
在实现本公开实施例的过程中，发现相关技术中至少存在如下问题：
在用户使用手机等智能终端导航时，可直观地知晓当前用户位置与导航路线之间的差距，现有技术将该导航方法应用在智能拐杖上后，利用智能拐杖的相关提示代替用户直观感受，在非直行的情况下，需智能拐杖不停地提示用户，用户在使用过程中，需不停地接收智能拐杖的提示，用户的使用体验较差。
发明内容
为了对披露的实施例的一些方面有基本的理解，下面给出了简单的概括。所述概括不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围，而是作为后面的详细说明的序言。
本公开实施例提供了一种技术智能拐杖的导航方法、导航装置和智能拐杖，以解决用户使用体验较差的技术问题。
在一些实施例中，基于智能拐杖的导航方法包括：获得当前用户位置、导航路线和用户的当前行走意图；根据所述当前用户位置、所述导航路线和所述当前行走意图，确定用户偏离所述导航路线的偏离值；根据所述偏离值对用户进行相关提示。
可选地，根据所述当前用户位置、所述导航路线和所述当前行走意图，确定用户偏离所述导航路线的偏离值，包括：在所述导航路线上确定与当前用户位置相对应的当前导航位置；获得所述当前用户位置与所述当前导航位置的距离，以及所述当前用户位置指向所述当前导航位置的第一方向；获得所述当前行走意图的第二方向与所述第一方向的角度差值；根据所述距离和所述角度差值确定所述偏离值。
可选地，根据所述距离和所述角度差值确定所述偏离值，包括：根据所述距离和所述角度差值的加权和，确定所述偏离值；或者根据所述距离和所述角度偏差的加权平均值，确定所述偏离值。
可选地，根据所述偏离值对用户进行相关提示，包括：若所述偏离值大于或等于第一设定阈值且小于第二设定阈值，且所述当前用户行走意图存在促使所述偏离值增加的趋势，则提示用户正在远离所述导航路线；若所述偏离值大于或等于第二设定阈值，则提示用户已经远离所述导航路线。
可选地，如果所述当前用户行走意图的第二方向偏离所述导航路线的方向，则确定所述当前行走意图存在促使所述偏离值增加的趋势。
可选地，获得用户的当前行走意图，包括：获得当前状态下智能拐杖的当前倾斜角度和在本体坐标系的第一受力；其中，所述第一受力由地面施加给所述智能拐杖；根据所述当前倾斜角度，将所述第一受力转换为所述智能拐杖在地面坐标系的第二受力；根据倾斜角度、地面坐标系的受力与用户行走意图之间的对应关系，获得与所述当前倾斜角度和所述第二受力相对应的所述当前行走意图。
可选地，所述当前倾斜角度是含有多个角度的序列；所述第二受力是含有多个力的序列；其中，所述多个角度和所述多个力一一对应。
可选地，根据倾斜角度、地面坐标系的受力与用户行走意图之间的对应关系，获得与所述当前倾斜角度和所述第二受力相对应的所述当前行走意图，包括：获得所述当前倾斜角度中多个角度的第一变化趋势；获得所述第二受力中多个力的第二变化趋势；根据倾斜角度的变化趋势、地面坐标系的受力的变化趋势与用户行走意图之间的对应关系，获得与所述第一变化趋势和所述第二变化趋势相对应的所述当前行走意图。
在一些实施例中，基于智能拐杖的导航装置包括处理器和存储有程序指令的存储器，所述处理器被配置为在执行所述程序指令时，执行前述实施例提供的基于智能拐杖的导航方法。
在一些实施例中，智能拐杖包括前述实施例提供的基于智能拐杖的导航装置。
本公开实施例提供的基于智能拐杖的导航方法、导航装置和智能拐杖，可以实现以下技术效果：
当前用户位置和导航路线可在客观上反映用户偏离导航路线的偏离状况，可用一个方向来表示用户的当前行走意图，表示用户将要前进的方向，当前行走意图和导航路线可反映用户主观上将要偏离导航路线或是将要贴近导航路线。这样，结合当前用户位置、导航路线和当前行走意图确定的用户偏离导航路线的偏离值，可反映用户主观意图与客观偏离程度的整体状况，根据该偏离值对用户进行相关提示，无需对用户进行实时提示，用户无需实时接收智能拐杖的提示，用户使用体验较好。
以上的总体描述和下文中的描述仅是示例性和解释性的，不用于限制本申请。
附图说明
一个或一个以上实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明和附图并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件视为类似的元件，并且其中：
图1是本公开实施例提供的一种智能拐杖的使用场景的示意图；
图2是本公开实施例提供的一种基于智能拐杖的导航方法的示意图；
图3是本公开实施例提供的一种确定用户偏离导航路线的偏离值的过程的示意图；
图4是本公开实施例提供的一种获得用户的当前行走意图的过程的示意图；
图5是本公开实施例提供的一种获得用户的当前行走意图的过程的示意图；
图6是本公开实施例提供的一种基于智能拐杖的导航装置的示意图。
具体实施方式
为了能够更加详尽地了解本公开实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本公开实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本公开实施例。在以下的技术描述中，为方便解释起见，通过多个细节以提供对所披露实施例的充分理解。然而，在没有这些细节的情况下，一个或一个以上实施例仍然可以实施。在其它情况下，为简化附图，熟知的结构和装置可以简化展示。
本公开实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开实施例的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
除非另有说明，术语“多个”表示两个或两个以上。
本公开实施例中，字符“/”表示前后对象是一种“或”的关系。例如，A/B表示：A或B。
术语“和/或”是一种描述对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，表示：A或B，或，A和B这三种关系。
图1是本公开实施例提供的一种智能拐杖的使用场景的示意图。该智能拐杖上设置有力传感器11和陀螺仪12，可检测地面施加给智能拐杖的力以及智能拐杖的倾斜角度。
在一些应用场景中，智能拐杖上还可设置导航模块，例如，基于全球定位系统(Global Positioning System，GPS)的导航模块，或者基于北斗卫星导航系统(BeiDouNavigation Satellite System，BDS)的导航模块，通过该导航模块可获得当前用户位置，以及导航路线。
或者，该智能拐杖上还可设置速度计和/或加速度计，根据速度计和/或加速度计检测的速度和/或加速度和陀螺仪检测的倾斜角度，确定用户相对于起点位置(已知位置)的相对位置，以该相对位置作为当前用户位置。
在一些应用场景中，智能拐杖与匹配的智能终端配合使用，智能终端上设置有导航模块，智能拐杖与智能终端通信连接，智能终端可获得当前用户位置以及导航路线。其中，上述智能终端可以是可穿戴智能设备，例如智能手环、智能手表等，还可以是智能手机、平板电脑等。
或者，该智能终端上可设置速度计和/或加速度计，根据速度计和/或加速度计检测的速度和/或加速度，以及陀螺仪检测的倾斜角度，确定用户相对于起点位置(已知位置)的相对位置，以该相对位置作为当前用户位置。
在图1中所示的智能拐杖的应用场景中，该智能拐杖与外骨骼机器人搭配使用，以辅助丧失行走能力的用户重新行走，或者，辅助行走能力受损严重的用户进行康复训练。
应当理解的是，除图1中所示的应用场景中，该智能拐杖还可以单独使用(即，智能拐杖不与外骨骼机器人搭配使用)，以辅助行走能力受损的用户正常行走或进行康复训练。
图2是本公开实施例提供的一种基于智能拐杖的导航方法的示意图。本公开实施例中的智能拐杖可以是图1中所示的智能拐杖，还可以是具有与图1中智能拐杖相同功能的其他结构的拐杖，本公开实施例对智能拐杖的结构不做具体限定，仅以图1中所示的智能拐杖为例进行实例性说明。
本公开实施例中的基于智能拐杖的导航方法可在智能拐杖的控制器内执行，还可在与智能拐杖通信连接的智能终端内执行，还可在与智能拐杖通信连接的服务器内执行。
结合图2所示，本公开实施例提供的基于智能拐杖的导航方法包括：
S201、获得当前用户位置、导航路线和用户的当前行走意图。
可通过智能拐杖上设置的导航模块获得当前用户位置和导航路线；或者，在智能拐杖与智能终端配合使用的应用场景中，可通过智能终端中设置的导航模块获得当前用户位置和导航路线。
可通过智能拐杖上的力传感器检测地面施加给智能拐杖的力，通过陀螺仪检测智能拐杖的倾斜角度。进一步地，再通过地面施加给智能拐杖的力和智能拐杖的倾斜角度确定当前行走意图。例如，通过地面施加给智能拐杖的力的变化情况确定智能拐杖的触地状态，通过倾斜角度的变化情况确定智能拐杖的挥动状态，再依据智能拐杖的触地状态和挥动状态确定用户的当前行走意图。
在一些具体应用中，当智能拐杖周期性挥动，且周期性触地时，确定当前行走意图为前进；当智能拐杖停止挥动，且智能拐杖触地时，确定当前行走意图为停止。
还可通过地面施加给智能拐杖的力、智能拐杖的倾斜角度和用户行走意图的对应关系，确定与地面施加给智能拐杖的当前力和智能拐杖的当前倾斜角度相对应的当前行走意图。
在本公开实施例中，用户的当前行走意图包括但不限于停止、直行、左拐和右拐。
在一些具体应用中，用户行走意图包括停止，这种情况下当前行走意图可以是停止或非停止；或者，用户行走意图包括直行，其中，直行包括直行前进和直行后退中至少一个，这种情况下当前行走意图可以是直行或非直行，例如，当前行走意图可以是直行前进、直行后退和非直行中任意一个；或者，用户行走意图包括左拐，这种情况下当前行走意图可以是左拐和非左拐；或者，用户行走意图包括右拐，这种情况下当前行走意图可以是右拐或非右拐；或者，用户行走意图包括停止和直行，这种情况下当前行走意图可以是停止、直行或其他意图；或者，用户行走意图包括停止和左拐，这种情况下当前行走意图可以是停止、左拐或其他意图；或者，用户行走意图包括停止和右拐，这种情况下当前行走意图可以是停止、右拐或其他意图；或者，用户行走意图包括直行和左拐，这种情况下当前行走意图可以是直行、左拐或其他意图；或者，用户行走意图包括直行和右拐，这种情况下当前行走意图可以是直行、右拐或其他意图；或者，用户行走意图包括左拐和右拐，这种情况下当前行走意图可以是左拐、右拐或其他意图；或者，用户行走意图包括停止、直行和左拐，这种情况下当前行走意图可以是停止、直行、左拐或其他意图；或者，用户行走意图包括停止、直行和右拐，这种情况下当前行走意图可以是停止、直行、右拐或其他意图；或者，用户行走意图包括停止、左拐和右拐，这种情况下当前行走意图可以包括停止、左拐、右拐或其他意图；或者，用户行走意图包括直行、左拐和右拐，这种情况下当前行走意图可以是直行、左拐、右拐或其他意图；或者，用户行走意图包括停止、直行、左拐和右拐，这种情况下当前行走意图可以是停止、直行、左拐、右拐或其他意图。
S202、根据当前用户位置、导航路线和当前行走意图，确定用户偏离导航路线的偏离值。
其中，用户偏离导航路线的偏离值用于表示用户偏离导航路线的程度，例如，偏离值越大，表示用户偏离导航路线的程度越强；偏离值越小，表示用户偏离导航路线的程度越弱。
在实际应用过程中，随着用户行走，偏离值将增加或减少，呈波动性变化。
当前用户位置以及导航路线是客观数据，可在客观上反映当前用户偏离导航路线的偏离情况；当前行走意图是主观数据，可反映用户的主观意图对用户偏离导航路线的偏离情况的影响。
例如，在当前用户位置与导航路线的距离不变的情况下，如果当前用户行走意图的第二方向偏离导航路线的方向，将会导致用户与导航路线的距离增加，则确定当前用户行走意图存在促使偏离值增加的趋势。
在一些应用场景中，以用户前进方向为前方，用户在导航路线左侧前进，如果当前用户行走意图的第二方向指向左前方，则确定当前用户行走意图存在促使偏离值增加的趋势；以用户前进方向为前方，用户在导航路线右侧前进，若当前用户行走意图的第二方向指向右前方，则确定当前用户行走意图存在促使偏离值增加的趋势。
S203、根据偏离值对用户进行相关提示。
例如，若偏离值大于或等于第一设定阈值且小于第二设定阈值，且当前用户行走意图存在促使偏离值增加的趋势，则提示用户正在远离导航路线；若偏离值大于或等于第二设定阈值，则提示用户已经远离导航路线。
若偏离值小于第一设定阈值，则不对用户进行提示。即，用户无需严格按照导航路线进行前进，可在一定程度内偏离导航路线，例如用户根据实际路况临时采取的避障路线，此时不对用户进行提示，提高了用户的使用体验。
若偏离值大于或等于第一设定阈值，则说明此时用户偏离导航路线的偏离程度较大，若用户再进一步的偏离导航路线，则用户可能已经走上了错误的路线，故若当前用户行走意图存在促使偏离值增加的趋势，则提示用户正在远离导航路线。若偏离值大于或等于第一设定阈值且小于第二设定阈值，且当前用户行走意图存在促使偏离值减少的趋势，则不对用户进行提示。即，虽然此时用户偏离导航路线的程度较大(利用用户根据实际路况为了避障而临时改变的路线)，但用户正在向导航路线靠拢，此时不对用户进行提示，提高了用户的使用体验。
若偏离值大于或等于第二设定阈值，则说明用户此时很可能已经走上了错误的路线，此时无论当前用户行走意图是否存在促使偏离值增加的趋势，均提示用户已经远离导航路线。
可通过语音装置提示用户。例如，在偏离值大于或等于第一设定阈值且小于第二设定阈值，且当前用户行走意图存在促使偏离值增加的趋势的情况下，提示“您正在远离导航路线”；在偏离值大于或等于第二设定阈值的情况下，提示“您已远离导航路线”。
还可通过振动装置提示用户。例如，在偏离值大于或等于第一设定阈值且小于第二设定阈值，且当前用户行走意图存在促使偏离值增加的趋势的情况下，控制振动装置以第一频率振动；在偏离值大于或等于第二设定阈值的情况下，控制振动以第二频率振动，其中，第二频率大于第一频率。
可选地，若偏离值大于或等于第一设定阈值且小于第二设定阈值，且当前用户行走意图存在促使偏离值增加的趋势，除提示用户正在远离导航路线之外，还提示用户正确的前进方向。其中，可通过语音装置提示用户正确的前进方向，还可通过振动装置提示用户正确的前进方向。例如，通过语音装置提示“导航路线在您右侧”或者“导航路线在您左侧”；或者，控制振动装置以第一振动节奏进行振动，提示用户需要往右前方前进，以贴近导航路线，控制振动装置以第二振动节奏进行振动，提示用户需要往左前方前进，以贴近导航路线；其中，第一振动节奏和第二振动节奏可为自定义振动节奏，例如，第一振动节奏为连续振动两次，第二振动节奏为连续振动三次，或者，在用户使用两个智能拐杖的应用场景中，第一振动节奏为右拐杖振动，左拐杖不振动，第二振动节奏为左拐杖振动，右拐杖不振动。
当前用户位置和导航路线可在客观上反映用户偏离导航路线的偏离状况，可用一个方向来表示用户的当前行走意图，表示用户将要前进的方向，当前行走意图和导航路线可反映用户主观上将要偏离导航路线或是将要贴近导航路线。这样，结合当前用户位置、导航路线和当前行走意图确定的用户偏离导航路线的偏离值，可反映用户主观意图与客观偏离程度的整体状况，根据该偏离值对用户进行相关提示，无需对用户进行实时提示，用户无需实时接收智能拐杖的提示，用户使用体验较好。
图3是本公开实施例提供的一种确定用户偏离导航路线的偏离值的过程的示意图。结合图3所示，根据当前用户位置、导航路线和当前行走意图，确定用户偏离导航路线的偏离值，包括：
S301、在导航路线上确定与当前用户位置相对应的当前导航位置。
其中，当前导航位置指的是：在用户严格按照导航路线前进的情况下，用户当前应当处于的位置。
可选地，可先获得当前用户位置至导航路线的垂线，以垂足位置作为当前导航位置。
S302、获得当前用户位置与当前导航位置的距离，以及当前用户位置指向当前导航位置的第一方向。
其中，当前用户位置与当前导航位置的距离可在客观上表示用户偏离导航路线的物理距离。
在以当前用户位置至导航路线的垂线的垂足作为当前导航位置的情况下，可计算当前用户位置的坐标与当前导航位置的坐标之间的坐标距离，以该坐标距离作为当前用户位置与当前导航位置的距离。
在以当前用户位置至导航路线的垂线的垂足作为当前导航位置的情况下，当前用户位置指向当前导航位置的第一方向为最有利于减少偏离值的前进方向，即，相比于用户沿其他方向行走，用户沿第一方向行走可使用户偏离导航路线的偏离值以最大的速率减少。
S303、获得当前行走意图的第二方向与第一方向的角度差值。
第二方向和第一方向的角度差值可反映用户主观上将要偏离导航路线或者将要贴近导航路线，即，该角度差值可反映用户接下来的行走方向对用户偏离导航路线的偏离值的影响，该影响包括将促使偏离值增加或减少，以及增加或减少的速率。例如，在用第一方向和第二方向之间的夹角(夹角小于或等于180°)表示角度差值的情况下，如果第一方向和第二方向的夹角小于90°，则表示当前行走意图将促使用户偏离导航路线的偏离值减少；如果第一方向和第二方向的夹角大于90°，则表示当前行走意图将促使用户与导航路线的偏离值增加。
第一方向和第二方向的夹角与90°的差值越大，表示当前行走意图对偏离值增加或减少的影响越大。例如，在第一方向和第二方向的夹角小于90°的情况下，第一方向和第二方向的夹角与90°之间的差值越大，表示当前行走意图可促使用户与导航路线的偏离值以更快的速率减少；在第一方向和第二方向的夹角大于90°的情况下，第一方向和第二方向的夹角与90°之间的差值越大，表示当前行走意图可促使用户与导航路线的偏离值以更快的速率增加。
S304、根据距离和角度差值确定偏离值。
可根据距离和角度差值的加权和，确定偏离值。例如，以距离和角度差值的加权和作为偏离值，或者，在对数据格式要求的情况下，获得距离和角度差值的加权和，再对加权和进行归一化处理，以归一化处理后加权和作为偏离值。
还可根据距离和角度偏差的加权平均值，确定偏离值。例如，以距离和角度偏差的加权平均值作为偏离值，或者，在对数据格式有要求的情况下，获得距离和角度差值的加权平均值，再对加权平均值进行归一化处理，以归一化处理后的加权平均值作为偏离值。
在上述确定偏离值的过程中，距离的权重表示距离对偏离值的影响程度，角度偏差的权重表示角度偏差对偏离值的影响程度。在实际应用中，如果需要降低该导航方法提示的频率，可以提高距离的权重，或者，降低角度偏差的权重，或者，提高距离的权重且降低角度偏差的权重。如果需要提高该导航方法提示的频率，可降低距离的权重，或者，提高角度偏差的权重，或者，降低距离的权重且提高角度偏差的权重。本公开实施例对计算距离和角度偏差的加权和或加权平均值过程中的距离的权重和角度偏差的权重不做具体限定，本领域技术人员可根据实际对提示频率的需求，适应性的调整距离的权重和/或角度偏差的权重。
通过上述步骤获得量化的偏离值，距离可在客观上反映用户偏离导航路线的物理距离，角度差值可反映用户主观上将要偏离导航路线或者将要贴近导航路线，依据这样获得的距离和角度差值确定的偏离值可反映用户主观意图与客观偏离程度的整体状态，便于根据偏离值对用户进行相关提醒。
图4是本公开实施例提供的一种获得用户的当前行走意图的过程的示意图。结合图4所示，获得用户的当前行走意图包括：
S401、获得当前状态下智能拐杖的当前倾斜角度和在本体坐标系的第一受力；其中，第一受力由地面施加给智能拐杖。
其中，第一受力由地面施加给智能拐杖。在通过三维力传感器检测第一受力的情况下，第一受力可采用一个三维矩阵表示，例如第一受力FC＝[FCx FCy FCz]，其中，FCx是第一受力FC在本体坐标系C的x轴上的分力，FCy是第一受力FC在本体坐标系C的y轴上的分力，FCz是第一受力FC在本体坐标系C的z轴上的分力。
在通过三轴陀螺仪检测当前倾斜角度的情况下，当前倾斜角度可用一个三维矩阵表示，例如当前倾斜角度θI＝[θIx θIy θIz]，其中，θIx是当前倾斜角度θI沿x轴的旋转角度，θIy是当前倾斜角度θI沿y轴的旋转角度，θIz是当前倾斜角度θI沿z轴的旋转角度。
当前倾斜角度和第一受力均对应于智能拐杖的当前状态，即，本识别用户行走意图的方法基于智能拐杖的当前状态，对用户行走意图进行识别。
可先获得当前状态下智能拐杖的当前倾斜角度，再获得当前状态下智能拐杖的第一受力；或者，可先获得当前状态智能拐杖的第一受力，再获得当前状态下智能拐杖的当前倾斜角度；或者，同时获得智能拐杖的当前倾斜角度和第一受力。
S402、根据当前倾斜角度，将第一受力转换为智能拐杖在地面坐标系的第二受力。
第二受力可用一个三维矩阵表示，例如第二受力FA＝[FAx FAy FAz]，其中，FAx是第二受力FA在地面坐标系A的x轴上的分力，FAy是第二受力FA在地面坐标系A的y轴上的分力，FAz是第二受力FA在地面坐标系A的z轴上的分力。
可通过以下方式获得第二受力：将第一角度变换为旋转矩阵，计算旋转矩阵的逆矩阵与第一矩阵的外积，获得第二矩阵，其中，第一角度属于当前倾斜角度，第一矩阵表示的力属于第一受力，第二矩阵表示的力属于第二受力。这样可将第一受力转换为智能拐杖在地面坐标系的第二受力。
在一些具体应用中，旋转矩阵为R：
Figure BDA0002908698990000121
Fa＝R-1×Fc＝[Fax Fay Faz]，其中，Fa为第二矩阵，属于智能拐杖在地面坐标系A的第二受力，Fc为第一矩阵，属于智能拐杖在本体坐标系C的第一受力，Fax为Fa在地面坐标系A的x轴上的分力，Fay表示Fa在地面坐标系A的y轴上的分力，Faz表示Fa在地面坐标系A的z轴上的分力，sinθi＝[sinθix sinθiy sinθiz]，cosθi＝[cosθix cosθiy cosθiz]，θi为第一角度，属于当前倾斜角度。
S403、根据倾斜角度、地面坐标系的受力与用户行走意图之间的对应关系，获得与当前倾斜角度和第二受力相对应的当前行走意图。
倾斜角度、地面坐标系的受力与用户行走意图之间的对应关系为预先设定的，例如，以三者一一对应的方式将每一个倾斜角度、每一个地面坐标系的受力与每一个用户行走意图存储至数据库中，这样，在获得当前倾斜角度(数据库中存储的任一倾斜角度)、第二受力(数据库存储的任一地面坐标系的受力)后，即可依据倾斜角度、地面坐标系的受力与用户行走意图之间的对应关系，确定出与当前倾斜角度和第二受力相对应的当前行走意图(数据库中存储的一个用户行走意图)。
将智能拐杖在本体坐标系的第一受力转换为地面坐标系的第二受力，利用地面坐标系的第二受力区分出应激反应和正常行走，例如，在第二受力沿垂直地面的分力大于或等于一设定值时，表示第二受力沿垂直地面的分力过大，反映此时用户是应激反应状态，而非正常行走状态；利用智能拐杖的当前倾斜角度反映用户姿态，这样，将智能拐杖的当前倾斜角度与地面坐标系的第二受力相互配合，可更加准确地识别出用户行走意图。
另外，在智能拐杖与外骨骼机器人相互配合的应用场景中，通过智能拐杖识别用户行走意图，外骨骼机器人执行与用户行走意图相关的行走动作，实现辅助用户行走。利用本公开实施例提供的识别用户行走意图的方法，可更加准确地获得当前行走意图，这样，在外骨骼机器人执行相关行走动作时，例如外骨骼机器人左拐时，用户可通过智能拐杖更好地配合外骨骼机器人的行走动作，即，智能拐杖、外骨骼机器人以及用户的动作更加协调，可降低用户摔倒的风险。
当前倾斜角度可包括一个或多个角度，第一受力可包括一个或多个力，第二受力可包括一个或多个力。在当前角度包括一个角度的情况下，第一受力包括一个力，第二受力包括一个力；在当前倾斜角度包括多个力的情况下，第一受力包括多个力，第二受力包括多个力，且多个角度和多个力一一对应。
如果当前倾斜角度包括一个角度，第一受力包括一个力，第二受力包括一个力，则可将当前倾斜角度和第二受力输入预设神经网络中，获得预设神经网络输出的与当前倾斜角度和第二受力相对应的当前行走意图。
其中，预设神经网络是通过多组具有对应关系的倾斜角度、地面坐标系的受力和用户行走意图训练获得的。例如，可利用已经确定对应关系的倾斜角度、地面坐标系的受力和用户行走意图对预设神经网络进行训练，在预设神经网络的识别误差低于设定误差的情况下，确定预设神经网络训练合格。之后再将智能拐杖在当前状态下的当前倾斜角度和第二受力输入至该预设神经网络中，该预设神经网络即可输出与当前倾斜角度和第二受力相对应的当前行走意图。
在一些实施例中，当前倾斜角度是含有多个角度的序列，第一受力是含有多个力的序列，第二受力是含有多个力的序列，其中，当前倾斜角度中的多个角度、第一受力中的多个力与第二受力中的多个力一一对应。含有多个角度的当前倾斜角度可反映用户姿态的变化情况，含有多个力的第二受力可反映用户对智能拐杖依赖的变化情况，例如，第二受力中的一个力越大，反映用户对智能拐杖的依赖程度越强。多个角度的序列比一个角度的限定能力更强，限定范围更窄，多个力的序列比一个力的限定能力更强，限定范围更窄，利用多个角度的序列(当前倾斜角度)以及多个力的序列(第二受力)确定当前行走意图，可确定出更加准确的当前行走意图。
在本公开实施例中，序列中的数据可按照时间由先至后的顺序排序。例如，当前倾斜角度中的多个角度可按照采集时间由先至后的顺序排列；第一受力中的多个受力可按照采集时间由先至后的顺序排列；第二受力是通过当前倾斜角度及其对应的第一受力计算获得的，在当前倾斜角度中的多个角度按照采集时间由先至后的顺序排列，且，第一受力中的多个力也是按照采集时间由先至后的顺序排列的情况下，第二受力中的多个力也是按照获取时间由先至后的顺序排列。
在一些应用场景中，在采集到当前倾斜角度中的多个角度以及第一受力中的多个力后，再统一计算第二受力中的多个力。
在一些应用场景中，每采集到当前倾斜角度中的一个角度以及第一受力中的一个力，立即计算第二受力中的一个力。
如果当前倾斜角度是含有多个角度的序列，第二受力是含有多个力的序列，且当前倾斜角度中的多个角度和第二受力中的多个力一一对应，则可将当前倾斜角度和第二受力输入预设神经网络中，获得预设神经网络输出的与当前倾斜角度和第二受力相对应的当前行走意图。
在当前倾斜角度是含有多个角度的序列，第二受力是含有多个力的序列，且当前倾斜角度中的多个角度和第二受力中的多个力一一对应的情况下，还可通过图5所示的方法确定当前行走意图。结合图5所示，根据倾斜角度、地面坐标系的受力与用户行走意图之间的对应关系，确定与当前倾斜角度和第二受力相对应的当前行走意图，包括：
S501、获得当前倾斜角度中多个角度的第一变化趋势。
例如，比较一个角度与位于该一个角度之前的另一个角度的大小，若该一个角度大于该另一个角度，则为升趋势；若该一个角度小于该另一个角度，则为降趋势；若该一个角度等于该另一个角度，则为平趋势。比较当前倾斜角度中的所有角度，获得总数量为多个的升趋势、降趋势和平趋势，确定总数量为多个的升趋势、降趋势和降趋势为第一变化趋势。例如，在当前倾斜角度包括n(n为大于或等于2的整数)个角度的情况下，可获得总数量为n-1个的升趋势、降趋势和平趋势，则确定总数量为n-1个的升趋势、降趋势和平趋势为第一变化趋势。
或者，计算一个角度与位于该一个角度之前的另一个角度的差值，以此方式处理当前倾斜角度中的所有角度，获得多个差值，确定多个差值构成的曲线的特征为第一变化趋势。例如，在当前倾斜角度包括n(n为大于或等于2的整数)个角度的情况下，可获得n-1个差值，确定n-1个差值构成的曲线的特征为第一变化趋势。其中，曲线的特征可包括：一个角度对应的差值的大小以及该一个角度的在序列中的位置，一个角度对应的斜率的大小以及该一个角度在序列中的位置。
在本公开实施例中，用第一变化趋势反映智能拐杖在一段时间内的姿态变化情况，该姿态变化情况可进一步地反映用户姿态的变化，例如，智能拐杖首先直立，再向一方向倾斜，则反映用户该一方向移动。
S502、获得第二受力中多个力的第二变化趋势。
例如，比较一个力与位于该一个力之前的另一个力的大小，若该一个力大于该另一个力，则为升趋势；若该一个力小于该另一个力，则为降趋势；若该一个力等于该另一个力，则为平趋势。比较第二受力中的所有力，获得总数量为多个的升趋势、降趋势和平趋势，确定总数量为多个的升趋势、降趋势和平趋势为第二变化趋势。例如，在第二受力包括n(n为大于或等于2的整数)个力的情况下，可获得总数量为n-1个的升趋势、降趋势和平趋势，则确定总数量为n-1个的升趋势、降趋势和平趋势为第二变化趋势。
或者，计算一个力与位于该一个力之前的另一个力的差值，以此方式处理第二受力中的所有力，获得多个差值，确定多个差值构成的曲线的特征为第二变化趋势。例如，在第二受力包括n(n为大于或等于2的整数)个力的情况下，可获得n-1个差值，确定n-1个差值构成的曲线的特征为第二变化趋势。其中，曲线的特征可包括：一个力对应的差值的大小以及该一个力的在序列中的位置，一个力对应的斜率的大小以及该一个力在序列中的位置。
在本公开实施例中，用第二受力可反映用户对智能拐杖的依赖程度以及用户对智能拐杖的依赖方式，例如，若第二受力越大，则反映用户对智能拐杖的依赖程度越强；若第二受力越小，则反映用户对智能拐杖的依赖程度越弱；若第二受力存在与用户运动方向相反的分力，则反映用户在利用智能拐杖阻碍用户自身移动；若第二受力存在与用户运动方向相同的力，则反映用户在利用智能拐杖继续或加速用户自身移动。
S503、根据倾斜角度的变化趋势、地面坐标系的受力的变化趋势与用户行走意图之间的对应关系，确定与第一变化趋势和第二变化趋势相对应的当前行走意图。
结合第一移动趋势和第二移动趋势确定目标用户行走方向，即结合用户姿态变化、用户对智能拐杖的依赖程度以及用户对智能拐杖的依赖方式确定当前行走意图，这样可更加准确地确定当前行走意图。
在一些实施例中，当前倾斜角度是还有多个角度的序列，多个角度按采集时间由先至后排列；第二受力是含有多个力的序列，多个力按获取时间由先至后排列；当前倾斜角度中的多个角度与第二受力中的多个力一一对应。
将当前倾斜角度和第二受力输入预设神经网络中，获得预设神经网络输出的与当前倾斜角度和第二受力相对应的当前行走意图。
其中，预设神经网络可以是循环神经网络(Recurrent Neural Network，RNN)，还可以是长短期记忆神经网络(Long Short-Term Memory，LSTM)，或者是其他具有类似类型辨识和划分功能的算法。
以下以LSTM为例进行示例性说明。
LSTM包括序列输入层、全连接层、softmax层和分类输出层。输入层接收当前倾斜角度和第二受力，输入层将数据传输至全连接层，全连接层对数据进行处理后再传输至softmax层，softmax层对数据进行处理后再传输至分类输出层，分类输出层输出与当前倾斜角度和第二受力对应的当前行走意图。
本公开实施例提供了一种基于智能拐杖的导航装置。
在一些实施例中，基于智能拐杖的导航装置包括处理器和存储有程序指令的存储器，处理器被配置为在执行程序指令时，执行前述实施例提供的基于智能拐杖的导航方法。
图6是本公开实施例提供的一种基于智能拐杖的导航装置的示意图。结合图6所示，基于智能拐杖的导航装置包括：
处理器(processor)61和存储器(memory)62，还可以包括通信接口(Communication Interface)63和总线64。其中，处理器61、通信接口63、存储器62可以通过总线64完成相互间的通信。通信接口63可以用于信息传输。处理器61可以调用存储器62中的逻辑指令，以执行前述实施例提供的基于智能拐杖的导航方法。
此外，上述的存储器62中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
存储器62作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序，如本公开实施例中的方法对应的程序指令/模块。处理器61通过运行存储在存储器62中的软件程序、指令以及模块，从而执行功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的方法。
存储器62可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端设备的使用所创建的数据等。此外，存储器62可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器。
本公开实施例提供了一种智能拐杖，该智能拐杖包含前述实施例提供的基于智能拐杖的导航装置。
本公开实施例提供了一种智能终端，该智能终端包含前述实施例提供的基于智能拐杖的导航装置。
本公开实施例提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令设置为执行前述实施例提供的基于智能拐杖的导航方法。
本公开实施例提供了一种计算机程序产品，计算机程序产品包括存储在计算机可读存储介质上的计算机程序，计算机程序包括程序指令，当程序指令被计算机执行时，使计算机执行前述实施例提供的基于智能拐杖的导航方法。
上述的计算机可读存储介质可以是暂态计算机可读存储介质，也可以是非暂态计算机可读存储介质。
本公开实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括一个或一个以上指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本公开实施例中方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质可以是非暂态存储介质，包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机读取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等多种可以存储程序代码的介质，也可以是暂态存储介质。
以上描述和附图充分地示出了本公开的实施例，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施例可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施例的部分和特征可以被包括在或替换其他实施例的部分和特征。而且，本申请中使用的用词仅用于描述实施例并且不用于限制权利要求。如在实施例以及权利要求的描述中使用的，除非上下文清楚地表明，否则单数形式的“一个”(a)、“一个”(an)和“所述”(the)旨在同样包括复数形式。另外，当用于本申请中时，术语“包括”(comprise)及其变型“包括”(comprises)和/或包括(comprising)等指陈述的特征、整体、步骤、操作、元素，和/或组件的存在，但不排除一个或一个以上其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或这些的分组的存在或添加。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法或者设备中还存在另外的相同要素。本文中，每个实施例重点说明的可以是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分可以互相参见。对于实施例公开的方法、产品等而言，如果其与实施例公开的方法部分相对应，那么相关之处可以参见方法部分的描述。
本领域技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，可以取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法以实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本公开实施例的范围。技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
本文所披露的实施例中，所揭露的方法、产品(包括但不限于装置、设备等)，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，可以仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例。另外，在本公开实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
附图中的流程图和框图显示了根据本公开实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，模块、程序段或代码的一部分包含一个或一个以上用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这可以依所涉及的功能而定。框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

Claims (10)

1.一种基于智能拐杖的导航方法，其特征在于，包括：
获得当前用户位置、导航路线和用户的当前行走意图；
根据所述当前用户位置、所述导航路线和所述当前行走意图，确定用户偏离所述导航路线的偏离值；
根据所述偏离值对用户进行相关提示。
2.根据权利要求1所述的导航方法，其特征在于，根据所述当前用户位置、所述导航路线和所述当前行走意图，确定用户偏离所述导航路线的偏离值，包括：
在所述导航路线上确定与当前用户位置相对应的当前导航位置；
获得所述当前用户位置与所述当前导航位置的距离，以及所述当前用户位置指向所述当前导航位置的第一方向；
获得所述当前行走意图的第二方向与所述第一方向的角度差值；
根据所述距离和所述角度差值确定所述偏离值。
3.根据权利要求2所述的导航方法，其特征在于，根据所述距离和所述角度差值确定所述偏离值，包括：
根据所述距离和所述角度差值的加权和，确定所述偏离值；或者
根据所述距离和所述角度偏差的加权平均值，确定所述偏离值。
4.根据权利要求1所述的导航方法，其特征在于，根据所述偏离值对用户进行相关提示，包括：
若所述偏离值大于或等于第一设定阈值且小于第二设定阈值，且所述当前用户行走意图存在促使所述偏离值增加的趋势，则提示用户正在远离所述导航路线；
若所述偏离值大于或等于第二设定阈值，则提示用户已经远离所述导航路线。
5.根据权利要求4所述的导航方法，其特征在于，
如果所述当前用户行走意图的第二方向偏离所述导航路线的方向，则确定所述当前用户行走意图存在促使所述偏离值增加的趋势。
6.根据权利要求1至5任一项所述的导航方法，其特征在于，获得用户的当前行走意图，包括：
获得当前状态下智能拐杖的当前倾斜角度和在本体坐标系的第一受力；其中，所述第一受力由地面施加给所述智能拐杖；
根据所述当前倾斜角度，将所述第一受力转换为所述智能拐杖在地面坐标系的第二受力；
根据倾斜角度、地面坐标系的受力与用户行走意图之间的对应关系，获得与所述当前倾斜角度和所述第二受力相对应的所述当前行走意图。
7.根据权利要求6所述的导航方法，其特征在于，所述当前倾斜角度是含有多个角度的序列；
所述第二受力是含有多个力的序列；
其中，所述多个角度和所述多个力一一对应。
8.根据权利要求6所述的导航方法，其特征在于，根据倾斜角度、地面坐标系的受力与用户行走意图之间的对应关系，获得与所述当前倾斜角度和所述第二受力相对应的所述当前行走意图，包括：
获得所述当前倾斜角度中多个角度的第一变化趋势；
获得所述第二受力中多个力的第二变化趋势；
根据倾斜角度的变化趋势、地面坐标系的受力的变化趋势与用户行走意图之间的对应关系，获得与所述第一变化趋势和所述第二变化趋势相对应的所述当前行走意图。
9.一种基于智能拐杖的导航装置，包括处理器和存储有程序指令的存储器，其特征在于，所述处理器被配置为在执行所述程序指令时，执行如权利要求1至8任一项所述的基于智能拐杖的导航方法。
10.一种智能拐杖，其特征在于，包括权利要求9所述的基于智能拐杖的导航装置。
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