CN117159343A - 一种基于触觉反馈的多功能智能导航盲杖 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于触觉反馈的多功能智能导航盲杖，包括盲杖本体、握把以及眼镜，盲杖本体上部通过握把转动连接；握把侧面设有旋钮，旋钮内部设有基于FOC控制的无刷电机以及电子指南针模块，握把上设有震动模块，眼镜上设有摄像头，盲杖本体上设有激光雷达模块，握把上设有推拉开关，推拉开关处设有主动报警单元，盲杖本体内设有GSM模块以及加速度传感器。本发明具有结构简单、智能化、模块化等优势；通过设置可转动的旋钮进行触觉反馈，告知盲人前进方向，实行有效行走规划，再通过震动方式实现多位一体提前预知措施，实现盲人出门不用依靠盲道行走，有效助力盲人触觉式感知，保障盲人出行安全。

Description

一种基于触觉反馈的多功能智能导航盲杖

技术领域

本发明涉及导盲杖技术领域，具体是指一种基于触觉反馈的多功能智能导航盲杖。

背景技术

城市道路上广泛铺设了盲道，但目前盲道占用现象严重，不仅影响了盲道的使用效率，而且造成盲人对使用盲道的信心减弱，甚至会产生抵触情绪。盲人出行安全难以保障，盲人由于各种不便利因素难以很好地融入社会。

随着科技的发展，市场上出现了多种多样的导盲产品，越来越多的盲杖开始集成摄像头模块、GPS定位模块、报警定位模块、扬声器模块等功能。但是现有的盲杖大多局限于单一的语音反馈，无法为盲人提供精确、有效的引导。

所以，一种基于触觉反馈的多功能智能导航盲杖成为人们亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于触觉反馈的多功能智能导航盲杖，能实时为盲人提供触觉反馈导航、路面情况以及路径规划。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种基于触觉反馈的多功能智能导航盲杖，包括盲杖本体、握把以及眼镜，所述盲杖本体上部通过握把转动连接；所述握把侧面设有旋钮，所述旋钮内部设有基于FOC控制的无刷电机以及电子指南针模块，通过API接入百度地图获取导航数据，所述电子指南针每隔一段时间对盲人的行走方向进行检测，若盲人行走方向与导航的数据有明显的偏离，则通过无刷电机控制旋钮转动从而给盲人触觉反馈进而引导盲人前进；

所述握把上设有震动模块，所述眼镜上设有摄像头，当摄像头判断到信号灯是红色或者即将转弯时，所述震动模块采用不同的震动模式来提醒盲人；

所述盲杖本体上设有激光雷达模块，所述摄像头利用视觉算法进行障碍物识别，再通过激光雷达模块测距，判断盲人和障碍物的距离是否超出设定阈值，如果超出，震动模块会对盲人进行提醒；

所述摄像头以及激光雷达获取周围环境信息，利用SLAM算法实时构建环境地图，在盲人遇到障碍物时进行路径规划再通过触觉反馈给盲人；

所述握把上设有推拉开关，所述推拉开关处设有主动报警单元，所述主动报警单元主动给紧急联系人拨打紧急电话并实时更新盲人定位信息；

所述盲杖本体内设有GSM模块以及加速度传感器，当加速度传感器检测到异常信号时，则通过GSM模块给紧急联系人发送报警短信，同时发送盲人的定位信息。

进一步的，所述盲杖本体采用蓄电池供电，所述蓄电池设置在盲杖本体内，所述盲杖上设有与蓄电池连接的无线充电接收器。

进一步的，所述主动报警单元感应到推拉开关短时间内被推上去2次以上，就会主动给紧急联系人拨打紧急电话并实时更新盲人定位信息。

进一步的，所述盲杖内设有语音识别模块，所述盲杖上设有与语音识别模块电性连接的上电按钮，所述语音识别模块识别使用者的语音指令。

本发明与现有技术相比的优点在于：本发明具有结构简单、智能化、模块化等优势；通过设置可转动的旋钮进行触觉反馈，告知盲人前进方向，实行有效行走规划，再通过震动方式实现多位一体提前预知措施，实现盲人出门不用依靠盲道行走，有效助力盲人触觉式感知，保障盲人出行安全。

附图说明

图1是本发明一种基于触觉反馈的多功能智能导航盲杖的结构示意图。

图2是本发明一种基于触觉反馈的多功能智能导航盲杖的主视图。

图3是本发明一种基于触觉反馈的多功能智能导航盲杖的左视图。

图4是本发明一种基于触觉反馈的多功能智能导航盲杖的系统框图。

图5是本发明采用的ESP32微控制器的电路原理图。

图6是本发明与ESP32微控制器配套的驱动板的电路原理图一。

图7是本发明与ESP32微控制器配套的驱动板的电路原理图二。

图8是本发明GSM模块的电路原理图。

图9是本发明电子指南针模块的电路原理图。

如图所示：1、盲杖本体，2、握把，3、旋钮，4、无刷电机，5、电子指南针模块，6、推拉开关，7、主动报警单元，8、震动模块，9、摄像头，10、GSM模块，11、加速度传感器，12、激光雷达模块，13、蓄电池，14、无线充电接收器，15、反光贴，16、主杆，17、调节杆，18、减震器，19、语音识别模块，20、上电按钮，21、眼镜。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”、“竖向”、“周向”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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明一种基于触觉反馈的多功能智能导航盲杖做进一步的详细说明。

结合附图1-9，对本发明进行详细介绍。

一种基于触觉反馈的多功能智能导航盲杖，包括盲杖本体1以及握把2，盲杖本体1上部通过旋钮3与握把2转动连接；旋钮3包括基于FOC控制的无刷电机4。握把2处的旋钮3为基于FOC控制的无刷电机4，包括FOC磁驱动器和无刷电机4；其中FOC驱动器与主控制部分连接，从而实现赋予无刷电机4多样调节的功能，以及实现无刷电机4的闭环调节。无刷电机4与盲杖握把2处的旋钮3连接，起到连接件以及力矩反馈的作用，主要用于实现辅助盲人进行方向运动，通过FOC控制器可使其进行像素级调控，精准做出运动方向判断。电机在每次上电之后都会进行自动校准，保证在不通电情况下旋钮3被转动不会影响上电后的转动。

在本申请一个实施例中，与盲杖配套的还有一个带有摄像头9的盲人眼镜21。对于摄像头9模块，利用视觉算法进行信号灯以及斑马线识别，当识别到信号灯是红色且信号灯是路灯且绿灯秒数小于一定阈值时，则通过震动模块8提醒盲人停下，当识别到路灯且绿灯秒数大于设定阈值，则通过旋钮3转动带领盲人通过斑马线。

在本申请一个实施例中，盲杖上还装有电子指南针模块5，输入目的地通过API接入百度地图获取数据后，电子指南针每隔一段时间对盲人的行走方向进行检测，若盲人行走方向与导航的数据有明显的偏离，则通过旋钮3转动对盲人进行触觉提醒，实现盲人出门不靠盲道也可以安全出行。

在本申请一个实施例中，盲杖上装有360°×90°的激光雷达模块12进行对周围环境以及正前方空中环境进行采集，由于盲杖本身具有一定的避障功能，所以激光雷达模块12主要是对正前方空中障碍物进行避障。当盲人附近有障碍物且盲人没有判断到时并且距离小于一定的阈值之后，震动模块8会提醒盲人，再利用路径规划算法通过旋钮3将路线通过触觉的方式反馈给盲人，从而保证盲人出行的安全。智能盲杖还使用了SLAM算法，可以实现盲人在未知环境中自主导航和控制，通过摄像头9以及激光雷达模块12来获取周围环境的信息，通过SLAM算法实时构建环境地图，并确定盲人的位置和方向，并且SLAM算法可以将摄像头9和激光雷达获取到的数据进行融合，从而提高环境感知和盲人定位的精度和可靠性。

在本申请一个实施例中，盲杖还包括语音识别模块19，同时配套一个上电按钮20，用户可以提前设置几个常去的目的地，当按着上电按钮20并说下关键词即可实现目的输入，极大的便利了盲人的出行。

在本申请一个实施例中，盲杖与手机也是交互的，手机上有专用的导航APP，盲人也可以通过手机输入目的地，进而让盲杖导航。

在本申请一个实施例中，盲杖上还包括安装在盲杖本体1上的报警模块；报警模块包括位姿传感器MPU6050、GSM模块10、加速度传感器11和一个主动报警单元7；位姿传感器用于实时采集盲杖当前的位姿信息，加速度传感器11用于实时采集盲人当前行进速度，当位姿传感器、加速度传感器11传输过来的数据在短时间内有大幅度跳变，则判断盲人是否摔倒或者受到碰撞，并在判断出盲人摔倒或者受到碰撞时通过GSM模块10向紧急联系人发送报警信号。主动报警单元7的作用是，当盲人自己感觉不舒服或者有什么紧急情况时，盲人可以主动通过短时间内将推拉开关6推上两次以上，主动报警单元7感应到这种情况便会通过GSM模块10向紧急联系人拨打电话并发送盲人实时定位信息，方便让家人在第一时间采取措施。通过位姿传感器以及开关传感器对盲人的状态进行全方位的监控，不仅可以辅助检测摔倒情况，也可以利用姿态数据通过算法让家人知道使用者的运动情况。

在本申请一个实施例中，盲杖底部设有减震器18，减震器18可以增加盲杖使用舒适度，减低使用者疲劳度。

在本申请一个实施例中，盲杖本体1上设有反光贴15，通过反光贴15可提示对面的行人或车辆，使对方及时发现盲人，避免发生碰撞等意外事故。

在本申请一个实施例中，盲杖本体1包括主杆16和调节杆17，调节杆17通过伸缩调节装置与主杆16连接，方便调节盲杖的整体高度，适用于不同身高的盲人。

在本申请一个实施例中，盲杖采用蓄电池13供电，充电可采用无线充电技术，蓄电池13安装在盲杖本体1内，无线充电接收器14在盲杖握把2侧边，无线充电发送端线圈将电能转化为电磁波发射给盲杖里的无线充电接收器14，无线充电接收器14的充电线圈利用变化的磁场产生感应电流，从而实现给电池充电的目的。充电过程不需要使用导线，没有金属接头，避免了盲人使用有线充电装置的不便。

本发明一种基于触觉反馈的多功能智能导航盲杖的具体实施过程如下：

使用时，打开盲杖的电源开关，盲杖整体开始运行；盲人采用语音输入或者手机APP输入目的地之后，借助API接入百度地图获取导航数据；然后环境识别单元摄像头9以及激光雷达模块12对周围环境进行识别，当判断正前方存在障碍物时，例如：经提示需要右转时，震动模块8会先震动提示盲人，FOC驱动器驱动无刷电机4进而带动旋钮3向右偏转，当盲人转至正确的角度时，旋钮3停止转动。

当前方需要经过红路灯路口时，通过视觉算法检测到信号灯是红色或者绿色但是倒计时小于一定的阈值时，震动模块8震动提醒盲人前面不能通行，当前方是绿灯且倒计时大于一定的阈值时，通过视觉算法检测斑马线，再通过震动提醒盲人可以通过马路。

当盲人在行人路线上直线行走时，盲杖里的电子指南针模块5每隔一段时间会间对盲人的行走方向进行检测，若盲人行走方向与导航的数据有明显的偏离，则通过旋钮3转动对盲人进行触觉提醒，进而实现不靠盲道也可以进行直线行走。

当盲人摔倒或者受到碰撞时通过GSM模块10向紧急联系人发送报警信号；当盲人自己感觉不舒服或者有什么紧急情况时，盲人可以主动通过短时间内将推拉开关6推上两次以上，盲杖感应到这种情况便会通过GSM模块10向紧急联系人拨打电话并发送盲人实时定位信息，方便让家人在第一时间采取措施。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于触觉反馈的多功能智能导航盲杖，包括盲杖本体、握把以及眼镜，其特征在于：所述盲杖本体上部通过握把转动连接；所述握把侧面设有旋钮，所述旋钮内部设有基于FOC控制的无刷电机以及电子指南针模块，通过API接入百度地图获取导航数据，所述电子指南针每隔一段时间对盲人的行走方向进行检测，若盲人行走方向与导航的数据有明显的偏离，则通过无刷电机控制旋钮转动从而给盲人触觉反馈进而引导盲人前进；

所述握把上设有震动模块，所述眼镜上设有摄像头，当摄像头判断到信号灯是红色或者即将转弯时，所述震动模块采用不同的震动模式来提醒盲人；

所述盲杖本体上设有激光雷达模块，所述摄像头利用视觉算法进行障碍物识别，再通过激光雷达模块测距，判断盲人和障碍物的距离是否超出设定阈值，如果超出，震动模块会对盲人进行提醒；

所述摄像头以及激光雷达获取周围环境信息，利用SLAM算法实时构建环境地图，在盲人遇到障碍物时进行路径规划再通过触觉反馈给盲人；

所述握把上设有推拉开关，所述推拉开关处设有主动报警单元，所述主动报警单元主动给紧急联系人拨打紧急电话并实时更新盲人定位信息；

所述盲杖本体内设有GSM模块以及加速度传感器，当加速度传感器检测到异常信号时，则通过GSM模块给紧急联系人发送报警短信，同时发送盲人的定位信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于触觉反馈的多功能智能导航盲杖，其特征在于：所述盲杖本体采用蓄电池供电，所述蓄电池设置在盲杖本体内，所述盲杖上设有与蓄电池连接的无线充电接收器。

3.根据权利要求2所述的一种基于触觉反馈的多功能智能导航盲杖，其特征在于：所述盲杖本体上设有反光贴。

4.根据权利要求3所述的一种基于触觉反馈的多功能智能导航盲杖，其特征在于：所述盲杖本体包括主杆和调节杆，所述调节杆通过伸缩调节装置与主杆连接。

5.根据权利要求4所述的一种基于触觉反馈的多功能智能导航盲杖，其特征在于：所述盲杖本体底部设有减震器。

6.根据权利要求1所述的一种基于触觉反馈的多功能智能导航盲杖，其特征在于：所述主动报警单元感应到推拉开关短时间内被推上去2次以上，就会主动给紧急联系人拨打紧急电话并实时更新盲人定位信息。

7.根据权利要求1所述的一种基于触觉反馈的多功能智能导航盲杖，其特征在于：所述盲杖内设有语音识别模块，所述盲杖上设有与语音识别模块电性连接的上电按钮，所述语音识别模块识别使用者的语音指令。