CN218075663U - 一种自主导航智能盲杖 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自主导航智能盲杖，包括：盲杖主杆；障碍物感应装置，设于所述盲杖主杆；导航轮，设于所述盲杖主杆的下端；驱动器，设于所述盲杖主杆且连接于所述导航轮，用于驱动所述导航轮转动，所述驱动器与所述障碍物感应装置电连接，所述障碍物感应装置控制所述驱动器以使其驱动所述导航轮转动避障；导航器，与所述驱动器电连接，用于控制所述驱动器以使其驱动所述导航轮按照导航轨迹转动。

Description

一种自主导航智能盲杖

技术领域

本实用新型属于盲杖技术领域，尤其涉及一种自主导航智能盲杖。

背景技术

当今，随着科技进步和整体生活水准的提高，视障者群体对于在不同交通环境下自主出行能力的需求也日渐增长。为应对这种需求的压力，近十年来有许多企业和个人研发团队推出了各种形式的智能导盲杖，以取代传统的普通物理盲杖。对于这些智能盲杖，可以进行如下的分类：

1.以障碍物探测范围分类

在普通盲杖的物理避障形式的基础上，大多数智能盲杖拥有测距仪模块和摄像头，以在一至三维各方向上的障碍情况进行分析，达到避障的目的。由于现有测距技术的高度成熟和图像分析算法的逐渐广泛应用，市面上的智能盲杖对于凸起障碍物的探测功能已经相当稳定，远超普通物理盲杖，但对凹陷地形或悬空障碍物的探测能力较弱。然而，凹陷地形避障和悬空避障是普通物理盲杖完全无法达到而又十分重要的两大功能。因此，将其纳入智能盲杖的探测范围具有重要的实践意义。

2.以信息传递方式分类

在检测出障碍物之后，将障碍物的性质、方位、大小等信息告知于盲杖使用者是避障过程的第二阶段。以信息接受感官细分，有声觉和触觉两种主流的信息感知方式。市面上大多数智能盲杖采用发出声响的方式对其使用者进行障碍物的告知。如通过TTS技术语音播报距离，或通过蜂鸣器进行不同频率的声音警告。声觉感知的优点是信息内容具体、易于理解，但具有易干扰视障者接受其他声觉信息、易造成自主声音叠加、易被嘈杂环境影响等缺点。考虑到环境音的接收对于视障者在日常交流、判断位置、判断红绿灯等情况中的重要作用，以发出声响的方式进行信息传递不适用于避障功能。

除了发出声响，也有智能盲杖采取触觉提醒的方式对其使用者进行障碍物的告知。其中，最常见的是震动提醒功能：通过发出一系列预先设置好的震动规律进行信息传递。另有于2020年授予实用新型专利的一盲杖通过微电流刺激的方式进行触觉模拟，从而达到避障目的。上述触感方式的优点是不与环境音发生干扰，但具有信息不够具体、难以熟练应用等缺点。

3.以特殊功能分类

为了提升产品使用的舒适度和便利程度，许多智能盲杖都附加了如电热、自主蓄电、画面实时共享、导航等特殊功能。其中，导航能力是视障者能否自主出行的决定性因素，也因此成为了许多导盲设备的常备功能。但是，现有的具有导航功能的盲杖仅仅是将一普通盲杖与智能手机上的导航软件的基础功能进行结合，通过声音提醒的方式对使用者进行引导。这样的设计不但没有带来新增收益，更没有发挥出盲杖的物理特性所赋予它的种种潜力。此外，作为视障者自主出行的一大困扰，在人行道上走偏的问题并没有得到任何形式的解决。

综上所述，市面上普及的智能盲杖在障碍物探测、避障信息感知、自主导航三大方面均有充分的发展空间。能同时弥补以上三类缺陷的智能盲杖具有极高的研发意义和社会价值。

实用新型内容

针对背景技术中的问题，本实用新型的目的是提一种自主导航智能盲杖，包括：

盲杖主杆；

障碍物感应装置，设于所述盲杖主杆；

导航轮，设于所述盲杖主杆的下端；

驱动器，设于所述盲杖主杆且连接于所述导航轮，用于驱动所述导航轮转动，所述驱动器与所述障碍物感应装置电连接，所述障碍物感应装置控制所述驱动器以使其驱动所述导航轮转动避障；

导航器，与所述驱动器电连接，用于控制所述驱动器以使其驱动所述导航轮按照导航轨迹转动。

较佳的，所述障碍物感应装置包括若干超声波测距传感器，分别设于所述盲杖主杆的上下两端。

较佳的，所述障碍物感应装置还包括摄像头，设于所述盲杖主杆的上端。

较佳的，包括陀螺仪和电阻温度探测器，均设于所述盲杖主杆的上端，所述陀螺仪用于测量角位移和角速度，所述电阻温度探测器用于测量温度。

较佳的，所述超声波测距传感器的数量为七个，所述盲杖主杆的下端设有三个呈扇形排布且斜向上的所述超声波测距传感器，所述盲杖主杆的上端设有三个呈扇形排布且斜向下的所述超声波测距传感器，所述盲杖主杆上端在三个呈扇形排布的所述超声波测距传感器的上侧还设有一个所述超声波测距传感器。

较佳的，所述盲杖主杆的下端设有可相对其伸缩的伸缩杆，所述导航轮设于所述伸缩杆下端。

较佳的，所述驱动器为舵机。

较佳的，包括蓄电池，设于所述盲杖主杆，所述蓄电池与所述障碍物感应装置、所述驱动器和所述导航器均电连接。

较佳的，所述导航轮设有砝码以进行加重，以使所述盲杖主杆的重心位于所述导航轮。

较佳的，包括LRA线性马达和按键，设于所述盲杖主杆的上端，所述按键用于控制所述LRA线性马达的关闭。

本实用新型由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

1、本实用新型通过导航器实现了按照导航轨迹控制导航轮的转向，且可控制导航轮的角位移和角速度，在允许使用者自主调整行走速度的情况下精准矫正使用者的行进路线，有效解决了视障者在人行道上走偏的问题，同时达到了导航的效果，一箭双雕。

2、本实用新型通过障碍物感应装置可感应障碍物，当感应到障碍物时，可控制驱动器使其驱动导航轮转动避障。

3、本实用新型通过设置在盲杖主杆上端的超声波测距传感器可实现对凹陷障碍物的检测，通过设置在盲杖主杆下端的超声波测距传感器可实现对凸陷障碍物的检测。

4、本实用新型的导航轮设有砝码以进行加重，以使盲杖主杆的重心位于导航轮，且导航轮由驱动器驱动转动，模拟了一种由伴走人员牵引前进的使用体验，缩短了本盲杖的适应期，加强了使用本盲杖的安全感，也提高了在需要应急反应的情况下的使用安全系数。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明，其中：

图1为本实用新型整体示意图；

图2为本实用新型图1的放大图。

附图标记说明：

1：盲杖主杆；2：伸缩杆；3：手柄；4：按键；5：杆颈安装托；6：导航轮；7：控制器；8：GPS定位系统模块；9：GPRS通用分组无线业务模块；10：舵机；11：蓄电池；12：陀螺仪；13：超声波测距传感器；14：充电插口槽；15：摄像头；16：电阻温度探测器；17：LRA线性马达。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。根据下面说明，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

参看图1、2，本实用新型的核心是提供一种自主导航智能盲杖，包括盲杖主杆1、障碍物感应装置、导航轮6、驱动器和导航器。

盲杖主杆1的下端设有可相对其伸缩的伸缩杆2，导航轮6设于伸缩杆2下端。盲杖主杆1的上端设有杆颈安装托5、顶端设有手柄3。本实施例中导航轮6为转动连接于伸缩杆2下端的定向脚轮。杆颈安装托5内开设有第一外壁安装槽、第二外壁安装槽、内壁安装槽和充电插口槽14，且第一外壁安装槽位于第二外壁安装槽的上侧。盲杖主杆1侧面底部开设有第三外壁安装槽。

驱动器设于盲杖主杆1且连接于导航轮6，用于驱动导航轮6转动，本实施例中，驱动器为舵机10，设于盲杖主杆1底面开设的舵机安装槽内，舵机10连接导航轮6的顶部。导航轮6设有砝码以进行加重，使得导航轮6的质量达到盲杖主杆1整体质量的约35％，以使盲杖主杆1的重心位于导航轮6，使得可以模拟一种由伴走人员牵引前进的使用体验，缩短了本盲杖的适应期，加强了使用本盲杖的安全感，也提高了在需要应急反应的情况下的使用安全系数。

障碍物感应装置设于盲杖主杆1，驱动器与障碍物感应装置电连接，障碍物感应装置控制驱动器以使其驱动导航轮6转动避障。

具体的，障碍物感应装置包括若干超声波测距传感器13、摄像头15。超声波测距传感器13的型号为SRF05，摄像头15型号为OV7670。摄像头15用于捕捉实时画面以进行分析和测量优化。若干超声波测距传感器13分别设于盲杖主杆1的上下两端。具体的，超声波测距传感器13的数量为七个，且设置的俯仰角度均不同，盲杖主杆1下端的第三外壁安装槽内设有三个呈扇形排布且斜向上的超声波测距传感器13，第三外壁安装槽内还设有LED指示灯，用于在夜间提醒行人注意避让，LED指示灯型号为ZBVM1。盲杖主杆1上端杆颈安装托5内的第二外壁安装槽中设有三个呈扇形排布且斜向下的超声波测距传感器13、以及摄像头15，杆颈安装托5内的第一外壁安装槽中还设有一个超声波测距传感器13。

导航器与驱动器电连接，用于控制驱动器以使其驱动导航轮6按照导航轨迹转动。具体的，导航器包括设于杆颈安装托5内的内壁安装槽的GPS定位系统模块8和GPRS通用分组无线业务模块9。GPS定位系统模块8型号为ATK1218BD。

杆颈安装托5内的内壁安装槽内还设有陀螺仪12、电阻温度探测器16、蓄电池11和控制器7。陀螺仪12型号为MPU6050。陀螺仪12用于测量角位移和角速度，电阻温度探测器16用于测量温度以增加超声波测距传感器13的测量精度。

蓄电池11与障碍物感应装置、驱动器和导航器均电连接，用于提供电能。盲杖主杆1的侧面顶部开设有按键4安装槽，按键4安装槽内设有LRA线性马达17和按键4，按键4用于控制LRA线性马达17的关闭。蓄电池11通过设于杆颈安装托5上的充电插口槽14与外界交互充电。

控制器7本实施例中为PCL控制器，控制器7的输入端与GPS定位系统模块8、GPRS通用分组无线业务模块9、摄像头15、陀螺仪12、若干超声波测距传感器13、电阻温度探测器16、按键4均电性连接。控制器7的输出端与舵机10、LED指示灯、LRA线性马达17电性连接。

下面对本实用新型工作过程作进一步说明：

本实用新型的自主导航智能盲杖可实现自主导航和自主避障，通过对舵机10舵盘的角位移和角速度做出指令，以控制使用者的前进方向，达到自主导航和自主避障的目的。

自主导航时，使用者在手机APP中输入目的地信息，再通过公网将目的地经纬度坐标信息传输至导航器的GPRS通用分组无线业务模块9内，导航器的GPS定位系统模块8将记录初始位置的经纬度坐标信息和实时经纬度坐标，陀螺仪12将记录盲杖主杆1的角位移，皆上传至系统进行处理。当盲杖主杆1的实时角位移偏离路线方向超一定值时，控制器7将控制调整舵机10舵盘的角位移以转动导航轮6做出方向调整，使盲杖主杆1的实时角位移回归导航轨迹；当盲杖主杆1的实时坐标偏离路线超一定制时，控制器7将操控调整舵机10舵盘的角位移以做出方向调整，使盲杖主杆1的实时坐标回归至导航轨迹上。

自主避障时，当障碍物感应装置未检测到盲杖主杆1前方固定范围内有凸起障碍和固定直线距离内有凹陷障碍时，舵机10由导航器控制。当障碍物感应装置检测到盲杖主杆1前方固定范围内有凸起障碍或固定直线距离内有凹陷障碍时，舵机10由障碍物感应装置操控转向避障，直至障碍消失。

具体的，自主避障由两部分组成：凸起障碍避障和凹陷障碍避障。凸起障碍避障由位于第三外壁安装槽中的三个呈扇形排布的超声波测距传感器13以及其上侧的一个超声波测距传感器13进行检测：当检测到一定安全距离内出现障碍物时，控制器7将根据测得距离调整舵机10的舵盘向另一方做角位移，直至障碍距离超出安全距离；当检测到正前方一定安全距离内出现障碍物时，控制器7将根据测得距离调整舵机10的舵盘向侧方障碍距离较大的一方做角位移，直至障碍距离超出安全距离。

凹陷障碍避障由位于第二外壁安装槽中的三个呈扇形排布的超声波测距传感器13进行检测：当检测到的距地直线距离超出理论距离一定值时，控制器7向位于按键4下方的LRA线性马达17发送电流使其震动；理论距离由陀螺仪12测量的水平倾角、盲杖主杆1高度、超声波测距传感器13的原安装角度计算得到。震动将在使用者短暂按下按键4时终止。

本实用新型采用置于不同俯仰角度的多个超声波测距传感器13进行障碍物感知，又通过对陀螺仪12和电阻温度探测器16的输出数据进行综合算法运算，可以对凹陷型障碍做出精准的识别、分析和提醒。采用舵机10控制导航轮6的角位移和角速度，在允许使用者自主调整行走速度的情况下精准矫正使用者的行进路线，有效解决了视障者在人行道上走偏的问题，同时达到了导航的效果，一箭双雕。

本实用新型具有自主避障和自主导航的双重能力，并以前文中阐述的方式一体化地将导航信息予以反馈，有效解决了市面上的智能盲杖信息感知方式复杂或欠缺的普遍缺点。

上面结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式。即使对本实用新型作出各种变化，倘若这些变化属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本实用新型的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种自主导航智能盲杖，其特征在于，包括：

盲杖主杆；

障碍物感应装置，设于所述盲杖主杆；

导航轮，设于所述盲杖主杆的下端；

驱动器，设于所述盲杖主杆且连接于所述导航轮，用于驱动所述导航轮转动，所述驱动器与所述障碍物感应装置电连接，所述障碍物感应装置控制所述驱动器以使其驱动所述导航轮转动避障；

导航器，与所述驱动器电连接，用于控制所述驱动器以使其驱动所述导航轮按照导航轨迹转动。

2.根据权利要求1所述的自主导航智能盲杖，其特征在于，所述障碍物感应装置包括若干超声波测距传感器，分别设于所述盲杖主杆的上下两端。

3.根据权利要求2所述的自主导航智能盲杖，其特征在于，所述障碍物感应装置还包括摄像头，设于所述盲杖主杆的上端。

4.根据权利要求2所述的自主导航智能盲杖，其特征在于，包括陀螺仪和电阻温度探测器，均设于所述盲杖主杆的上端，所述陀螺仪用于测量角位移和角速度，所述电阻温度探测器用于测量温度。

5.根据权利要求2所述的自主导航智能盲杖，其特征在于，所述超声波测距传感器的数量为七个，所述盲杖主杆的下端设有三个呈扇形排布且斜向上的所述超声波测距传感器，所述盲杖主杆的上端设有三个呈扇形排布且斜向下的所述超声波测距传感器，所述盲杖主杆上端在三个呈扇形排布的所述超声波测距传感器的上侧还设有一个所述超声波测距传感器。

6.根据权利要求1所述的自主导航智能盲杖，其特征在于，所述盲杖主杆的下端设有可相对其伸缩的伸缩杆，所述导航轮设于所述伸缩杆下端。

7.根据权利要求1所述的自主导航智能盲杖，其特征在于，所述驱动器为舵机。

8.根据权利要求1所述的自主导航智能盲杖，其特征在于，包括蓄电池，设于所述盲杖主杆，所述蓄电池与所述障碍物感应装置、所述驱动器和所述导航器均电连接。

9.根据权利要求1所述的自主导航智能盲杖，其特征在于，所述导航轮设有砝码以进行加重，以使所述盲杖主杆的重心位于所述导航轮。

10.根据权利要求1所述的自主导航智能盲杖，其特征在于，包括LRA线性马达和按键，设于所述盲杖主杆的上端，所述按键用于控制所述LRA线性马达的关闭。

Images