CN211132021U - 一种导盲装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种导盲装置，所述导盲装置包括承载移动部分和牵引部分；所述导盲装置承载移动部分安装有控制模块、与控制模块相连的超声波避障模块，所述超声波避障模块包括舵机和超声波扫描仪，在所述导盲装置前进时，扫描前方障碍物，并判断距离是否低于预设的阈值，低于阈值时控制模块控制舵机转动一定角度并再次扫描判断距离，直至转动的角度对应的距离为安全距离为止，将安全距离对应的转动角度反馈给控制模块，控制模块控制导盲装置转弯行驶。本实用新型可主动监测盲人前方障碍物，实时测距和调整角度以检测障碍物并引导盲人，机械结构简单高效。同时可通过设置多套舵机和超声波扫描仪，提升检测精度。

Description

一种导盲装置

技术领域

本实用新型涉及机器人导盲技术领域，特别涉及一种导盲装置。

背景技术

我国目前有上千万盲人，数量居世界第一，是残疾人中不可忽视的一大群体。因为生理上的缺陷，给盲人生活带来了巨大不便，目前为盲人提供最大帮助的主要是人工服务与导盲犬，随着机器人技术的兴起和发展，在市场上也陆续出现了导盲犬式机器人、穿戴式导盲设备、导盲手杖等导盲辅助设备。

目前，市场上的导盲设备中导盲杖的数量居多。电子导盲杖上的传感器可以检测周围是否存在障碍物，盲人使用导盲杖可以在一定程度上探测盲人前方路况。但是导盲杖的检测障碍物能力有限，导盲距离局限于导盲杖的长度范围内或适当延长的范围内探测，在盲人行走时只预判小范围内的路况的导盲方式属于被动导盲方式，并不能主动引导盲人行动。

市场上出现有导盲眼镜，导盲背心，导盲头盔等穿戴式导盲设备。这些导盲设备上装有距离传感器和摄像头，可以检测盲人前方的障碍物。不过穿戴式的导盲设备也同样存在着功能单一，检测障碍物的范围、方位等的局限性较大，容易造成无法向盲人提供足够准确的信息。

同时导盲设备携带的传感器、摄像头等电子元器件也对导盲设备的稳定运行提出了要求，因此需要导盲设备本身具有良好的减震效果。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种导盲装置，此装置可实现主动监测盲人前方障碍物，实时测距和调整角度以检测障碍物并引导盲人，机械结构简单高效。

本实用新型的目的通过以下的技术方案实现：

一种导盲装置，包括承载移动部分和牵引部分；所述牵引部分包括牵引手柄，手柄一端固定于承载移动部分，盲人握住牵引手柄即可跟着导盲装置移动；

所述导盲装置承载移动部分安装有控制模块、与控制模块相连的超声波避障模块，所述超声波避障模块包括舵机和超声波扫描仪，所述舵机和超声波扫描仪在控制模块的控制下，用于扫描判断与障碍物的距离，在所述导盲装置前进时，扫描前方障碍物，并判断距离是否低于预设的阈值，低于阈值时控制模块控制舵机转动一定角度并再次扫描判断距离，直至转动的角度对应的距离为安全距离(即不会碰到障碍物的距离)为止，将安全距离对应的转动角度反馈给控制模块，控制模块控制导盲装置转弯行驶。

优选的，所述超声波避障模块至少包括两套舵机和超声波扫描仪，对称安装于承载移动部分，通过相互校正避免因转弯角度不精确而碰到障碍物。

优选的，所述导盲装置还包括红外避障模块，安装于下层板，连接控制模块，用以判断高度较低的障碍物进行紧急避障。

优选的，所述承载移动部分还包括底盘架构和减震结构；

所述底盘架构包括上层板、下层板、减震柱，减震柱连接上层板和下层板，使得上下层板间形成一个空间，实际导盲过程中，将导盲装置的各类电子元器件固定于该空间中，保护元器件不受行走过程中的震动而损坏、掉落；

所述减震结构包括车轮、弹簧减震器、电机，弹簧减震器一端与电机相对固定、另一端与底盘架构相对固定，电机与底盘架构相对固定，电机连接并驱动车轮转动，进而使导盲装置移动，通过弹簧减震器将行走时变动的力转化为弹簧的伸缩，保证小车车身的平稳，减少震动，使得安装在底盘架构上的元器件抖动减小，不易损坏。

优选的，所述导盲装置包括四个车轮、四个电机、四个弹簧减震器，配套设置在底盘架构的四周，使得减震结构与底盘架构形成一个平稳的承载移动部分。

优选的，所述牵引手柄上安装有摄像头架，可安装摄像头并获取盲人行走时的视野图像。

更进一步的，所述牵引手柄为可伸缩、折叠的结构，盲人可以根据自己的身高调整牵引手柄的长度和角度，达到自己舒适的位置，折叠的结构可减少占用空间，方便储存和携带。

优选的，所述导盲装置还包括报警模块，具体包括触发单元、存储单元、获取单元、执行单元，所述触发单元为牵引手柄上设置的按钮；存储单元存储有号码；获取单元用于获取装置定位；执行单元接收触发单元信息并生成带有定位的短信发送给所述存储的号码。可根据需要存储家属号码或报警电话等。

优选的，所述导盲装置还包括蓝牙模块及APP；

所述蓝牙模块与控制模块连接，所述APP安装于智能手机上并获取手机地图软件的地理编码、手机语音识别信息，待语音识别与地理编码匹配后将导航信息通过无线传输至蓝牙模块，并进一步传输至控制模块。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本实用新型的导盲装置可主动监测盲人前方障碍物，实时测距和调整角度以检测障碍物并引导盲人，机械结构简单高效。同时可通过设置多套舵机和超声波扫描仪，提升检测精度。

2、本实用新型通过弹簧减震器将行走时变动的力转化为弹簧的伸缩，保证小车车身的平稳，减少震动，使得安装在底盘架构上的元器件抖动减小，不易损坏。

3、本实用新型导盲装置一键报警/求助的方式，提升安全出行体验。

附图说明

图1是本实用新型实施例1导盲装置机械结构示意图；

图2是本实用新型实施例1导盲装置机械结构俯视图；

图3是本实用新型实施例1导盲装置部分机械结构正视图；

图4是本实用新型实施例2导盲装置总体框图；

图5是本实用新型实施例1超声波避障模块超声波时序图。

其中，5、6为红外避障模块安装位置；1、2、3、4为超声波避障模块安装位置；800—牵引部分；801—牵引手柄；802—摄像头架；900—承载移动部分； 901—上层板；902—下层板；903—减震柱；904—车轮；905—弹簧减震器；906 —电机。

具体实施方式

为了更好的理解本实用新型的技术方案，下面结合附图详细描述本实用新型提供的实施例，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1

如图1所示，本实施例公开了一种导盲装置，包括承载移动部分900和牵引部分800；所述牵引部分包括可伸缩、折叠的牵引手柄801，手柄一端固定于承载移动部分，盲人握住牵引手柄即可跟着导盲装置移动；牵引手柄上安装有摄像头架802，安装摄像头并获取盲人行走时的视野图像。

所述导盲装置承载移动部分安装有控制模块、与控制模块相连的四套超声波避障模块、红外避障模块，所述超声波避障模块包括舵机和超声波扫描仪，成对安装于承载移动部分的前方、两侧，如图2所示，在所述导盲装置前进时，扫描前方障碍物，并判断距离是否低于预设的阈值，低于阈值时控制模块控制舵机转动一定角度并再次扫描判断距离，直至转动的角度对应的距离为安全距离(即不会碰到障碍物的距离)为止，将安全距离对应的转动角度反馈给控制模块，控制模块控制导盲装置转弯行驶。所述红外避障模块安装于下层板，连接控制模块，用以判断高度较低的障碍物进行紧急避障。

控制模块选用STM32单片机。STM32为32位的单片机，主频为72M，运行速度远远高于AVR单片机，可以满足数据处理的速度要求。而且，STM32有多达11个定时器，13个通信接口，可以满足多个模块直接的通信。超声波避障模块、红外避障模块和舵机，三者通过GPIO口与单片机相连，这三个模块的地线与单片机的地线连接在一起(即四者共地)。对于超声波避障模块，采用IO 口TRIG触发测距，给最少10us的高电平信号，此时模块自动发送8个40khz 的方波，自动检测是否有信号返回，当有信号返回，通过IO口ECHO输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。测试距离＝(高电平时间*声速(340M/S))/2。超声波时序图如图5所示。

而对于红外避障模块来说，输出端口OUT直接与单片机IO口连接，连接方式：VCC-VCC；GND-GND；OUT-IO4、比较器采用LM393，工作稳定。当电源接通时，红色电源指示灯点亮,当模块检测到前方障碍物信号时，绿色指示灯被点亮，同时OUT端口持续输出低电平信号，单片机通过电平检测判断前方是否有障碍物。

在舵机方面，通过单片机PWM输出一个20ms左右的时基脉冲，舵机内部有一个基准电路，产生周期为20ms，宽度为1.5ms的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。通过电压差决定舵机所转动的角度，对应控制关系：0.5ms--0度，1.0ms--45度，1.5ms--90度，2.0ms--135 度，2.5ms--180度。

所述承载移动部分还包括底盘架构和减震结构；

所述底盘架构包括上层板901、下层板902、减震柱903，减震柱连接上层板和下层板，使得上下层板间形成一个空间，实际导盲过程中，将导盲装置的各类电子元器件固定于该空间中，保护元器件不受行走过程中的震动而损坏、掉落；

所述减震结构包括四个车轮904、四个弹簧减震器905、四个电机906，配套设置在底盘架构的四周，使得减震结构与底盘架构形成一个平稳的承载移动部分。弹簧减震器一端与电机相对固定、另一端与底盘架构相对固定，电机与底盘架构相对固定，电机连接并驱动车轮转动，进而使导盲装置移动，通过弹簧减震器将行走时变动的力转化为弹簧的伸缩，保证小车车身的平稳，减少震动。

实施例2

一种导盲装置，除实施例1中介绍的承载移动部分和牵引部分外，还包括报警模块；所述报警模块具体包括触发单元、存储单元、获取单元、执行单元，所述触发单元为牵引手柄上设置的按钮；存储单元存储有号码；获取单元用于获取装置定位；执行单元接收触发单元信息并生成带有定位的短信发送给所述存储的号码。可根据需要存储家属号码或报警电话等。

所述导盲装置还包括蓝牙模块及APP；

所述蓝牙模块与控制模块连接，所述APP安装于智能手机上并获取手机地图软件的地理编码、手机语音识别信息，待语音识别与地理编码匹配后将导航信息通过无线传输至蓝牙模块，并进一步传输至控制模块。

其紧急报警和语音播报的功能具体由以下方式实现：

①紧急报警

首先，结合获取单元的GPRS，在导盲装置的牵引手柄上面设置一个“紧急报警按钮”,按下去后即控制STM32407发送“ATD+家属手机号码”，即可拨打家属手机号码求助，随后电话自动挂断。紧接着通过短信发送经纬度到亲属手机中，短信中的信息为超链接，亲属在手机联网状态下点击后即可直接跳转至高德地图APP，就可以显示出导盲装置使用者在高德地图上的具体位置。

其次，导盲装置杆子上还设置一个蜂鸣器报警按钮，按下后即可控制 STM32F407单片机控制蜂鸣器发出高分贝声音，以便附近的人听到后及时赶来帮助导盲装置使用者。再次按下按钮后即可停止蜂鸣器声音。

②语音播报

另外，导盲装置增加语音播报模块实现语音播报功能。语音播报模块内置内存卡，内存卡存放具有相应编号的MP3文件(通过文字转换语音软件制作MP3 文件)，可以通过单片机去控制播放对应编号的MP3文件。当手机APP导航结束时，即为到达目的地，会通过蓝牙回传一个信号给STM32F407单片机，单片机从而控制语音播报模块播报相应语音。导盲装置还具备开始使用欢迎语句播报、导航语音等播报。结合语音播报模块可以实现发送信息功能。盲人到达目的地后，导盲装置向盲人家属或者朋友发送信息，告知他们盲人已经到达目的地。

其定位和导航功能具体由以下方式实现：

①语音识别功能

功能实现通过调用讯飞API，首先要登录讯飞开放平台网站，申请APPID，并且需在Android Studio中添加所需要的权限。通过语句 mAsr.setParameter(SpeechConstant.ENGINE_TYPE,engineType)设置引擎类型，并且初始化相关资源。

其次，通过建立按键监听器让使用者触碰屏幕时启动语音识别，说话完成后则通过调用parseIatResult()方法中return ret.toString()得到识别的结果并且赋值给导航功能中的name变量，若回调接口onPoiSearched解析返回1000则地理编码成功，将会语音播报“识别成功”，若返回其他数字则为失败，会语音播报“识别失败”，提醒用户重新进行语音识别。

②定位功能

第一步：在上述项目中集成高德定位SDK，调用 mMapView.onCreate(savedInstanceState)在activity执行onDestroy时执行 mMapView.onDestroy()实现地图生命周期管理，调用AMap.setLocationSource(this) 和AMap.setMylocationEnabled(true)来设置定位资源并显示定位图层。

第二步：通过调用 mLocationOpton.setLocationMode(AMapLocationClientOption.AMapLocationMod e.Hight_Accuracy)设置为高精度定位模式。高精度定位模式会同时使用网络定位和GPS定位，优先返回最高精度的定位结果，以及对应的地址描述信息。

③导航功能

第一步：利用地理编码，GeocodeQuery query＝new GeocodeQuery(name, "010")，其中name为上述语音所识别的文字，010表示所查询到的城市，鉴于使用地区主要为广州，所以软件中设置为”020”,通过回调接口 onGeocodeSearched解析返回的结果，结果为name中地址对应的经纬度，通过 putExtra把经纬度信息传递到所需要的导航信息中。

第二步：结合定位出所在位置的经纬度和目的地的经纬度进行步行路线规划。使用WalkRouteOverlay画出步行路线图层，包括起终点和转弯点。发送请求和接收数据，使用类RouteSearch的calculateWalkRouteAsyn(WalkRouteQueryquery)方法，得到路径的规划方案。返回的信息中可以获得路段的距离、步行的预计时间、步行路段的坐标点、步行路段的道路名称、导航主要操作等信息。

第三步：获取并通过蓝牙传输下一导航动作的名称和距下一导航动作的距离的信息到STM32F407芯片。

本实施例导盲装置的使用方法：

①导盲装置在行走过程中，遇到障碍物时，可通过超声波与红外线等多种传感器实现避障功能；

②导盲装置通上电与完成初始化后，使用者打开用户移动端导盲助手APP， APP即自动播报当前的天气情况，以提醒盲人出行前穿戴合适衣服，及携带必需的出行工具(例如雨伞、帽子等)；

③导盲助手APP通过语音输入所要到达的目的地，在接收到目的地地址后，通过调用第三方导航工具(例如高德、百度导航软件等)，自动生成与选择最优导航路径，并生成使用者实时位置的经纬度坐标值；

④导盲助手APP将从第三方导航工具获得的用户实时位置信息，通过蓝牙实时传输给导盲装置，导盲装置收到相关指令后自主地移动，引导盲人到达预定目的地。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种导盲装置，其特征在于，包括承载移动部分和牵引部分；所述牵引部分包括牵引手柄，手柄一端固定于承载移动部分；

所述导盲装置承载移动部分安装有控制模块、与控制模块相连的超声波避障模块，所述超声波避障模块安装于承载移动部分，包括舵机和超声波扫描仪，所述舵机和超声波扫描仪在控制模块的控制下，用于扫描判断与障碍物的距离。

2.根据权利要求1所述的导盲装置，其特征在于，所述超声波避障模块至少包括两套舵机和超声波扫描仪，对称安装于承载移动部分。

3.根据权利要求1所述的导盲装置，其特征在于，所述导盲装置还包括红外避障模块，安装于下层板，连接控制模块。

4.根据权利要求1所述的导盲装置，其特征在于，所述承载移动部分还包括底盘架构和减震结构；

所述底盘架构包括上层板、下层板、减震柱，减震柱连接上层板和下层板，使得上下层板间形成一个空间，实际导盲过程中，将导盲装置的各类电子元器件固定于该空间中；

所述减震结构包括车轮、弹簧减震器、电机，弹簧减震器一端与电机相对固定、另一端与底盘架构相对固定，电机与底盘架构相对固定，电机连接并驱动车轮转动，进而使导盲装置移动。

5.根据权利要求1所述的导盲装置，其特征在于，所述导盲装置包括四个车轮、四个电机、四个弹簧减震器，配套设置在底盘架构的四周。

6.根据权利要求1所述的导盲装置，其特征在于，所述牵引手柄为可伸缩、折叠的结构。

7.根据权利要求6所述的导盲装置，其特征在于，所述牵引手柄上安装有摄像头架。

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