CN218765322U - 一种基于激光扫描的盲人导航系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于激光扫描的盲人导航系统。盲人导航系统包括主体、发射器、分光器、扫描机构、聚光元件、探测机构、控制机构和扬声器，发射器、分光器、扫描机构、聚光元件和探测机构均收容于主体的安装空间，分光器用于将激光分成分到扫描机构的第一光束和分到探测机构的第二光束，扫描机构用于接收并调整第一光束的出射方向，使第一光束能够从主体上的透光孔射出到障碍物，障碍物反射第一光束形成回波光，第一光束能够透射过聚光元件，聚光元件还能够将回波光反射至探测机构，控制机构与探测机构和扬声器通信连接，提示机构用于将障碍物的位置信息传至使用者。本实用新型解决了应用了激光雷达的盲人导航系统探测机构阻碍了激光束射出的技术问题。

Description

一种基于激光扫描的盲人导航系统

技术领域

本实用新型涉及导盲的技术领域，尤其涉及一种基于激光扫描的盲人导航系统。

背景技术

随着时代的发展，激光技术不仅用于国防军事，也在人们的生活中出现了。现有的盲人导航系统上已出现应用激光雷达的产品，在盲人行走的过程中，用激光雷达扫描探测盲人周围的环境，可以增加盲人的安全性和便利性，提高盲人的生活质量。

激光雷达的基本组成一般包括发射器、分光器、扫描机构、两个光电探测器组成的探测机构和控制机构，具体工作原理如下，发射器用于发射激光，分光器用于将激光束分成两束，其中一束射向扫描机构，另一束射向其一光电探测器，经由扫描机构射出到外部的激光束照射到障碍物后的返回被另一光电探测器接收，光电探测器将光信号转换成电信号传递至控制机构，控制机构包括信号处理模块和上位机，信号处理模块能够对光电探测器传输过来的信号进行电路放大、滤波、模数转换、相位延迟电路，从而能够达到从光电探测器处获取障碍物的位置信息并传输至上位机，最后通过上位机输出结果。现有应用了激光雷达的盲人导航系统，一般是将两个光电探测器一个放置在靠近分光器，另一个放置在靠近盲人导航系统主体的透光孔位置处，而靠近透光孔的光电探测器会设置在激光的出射路径上，在一定程度上阻碍了激光束射出。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种基于激光扫描的盲人导航系统，用于解决现有应用了激光雷达的盲人导航系统探测机构阻碍了激光束射出的技术问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种基于激光扫描的盲人导航系统，所述盲人导航系统包括：

主体，内设有安装空间，所述主体上设有透光孔，所述安装空间通过所述透光孔能够与外部连通；

发射器，收容于所述安装空间，并用于发射激光；

分光器，收容于所述安装空间，并位于所述激光的路径上，所述分光器用于将所述激光分成第一光束和第二光束；

扫描机构，收容于所述安装空间，并位于所述分光器远离所述发射器一侧，所述扫描机构用于接收并调整所述第一光束的出射方向，以使所述第一光束能够从所述透光孔射出并照射到障碍物，障碍物反射所述第一光束形成回波光，所述扫描机构还能够将所述回波光朝向所述分光器反射；

聚光元件，收容于所述安装空间，并位于所述分光器和所述扫描机构之间的所述第一光束路径上，所述聚光元件上开设有贯穿所述聚光元件的通光孔，所述第一光束能够穿过所述通光孔照射至所述扫描机构，所述聚光元件还能够反射所述回波光；

探测机构，收容于所述安装空间，并用于接收所述第二光束和所述回波光；

控制机构，安装于所述主体，并与所述探测机构通信连接，以能够得知障碍物的位置信息；以及

扬声器，与所述控制机构通信连接，并用于将所述位置信息语音传至使用者。

在所述盲人导航系统的一些实施例中，所述聚光元件为平面型、球面型或抛物面型。

在所述盲人导航系统的一些实施例中，所述扫描机构包括第一驱动件、第二驱动件、第一反射镜和第二反射镜；所述第一驱动件安装于所述主体，并与所述第一反射镜连接，所述第一驱动件用于驱动所述第一反射镜转动；所述第二驱动件安装于所述主体，并与所述第二反射镜连接，所述第二驱动件用于驱动所述第二反射镜转动；所述第一反射镜的转动方向垂直于所述第二反射镜的转动方向。

在所述盲人导航系统的一些实施例中，所述聚光元件设于所述分光器和所述第一反射镜之间。

在所述盲人导航系统的一些实施例中，所述第一反射镜和所述第二反射镜中的一者为平面反射镜，另一者为多面镜或MEMS微镜。

在所述盲人导航系统的一些实施例中，所述盲人导航系统还包括振动马达，所述振动马达与所述控制机构通信连接，所述振动马达安装于所述主体，所述振动马达能够通过振动提示使用者。

在所述盲人导航系统的一些实施例中，所述盲人导航系统还包括准直透镜，所述准直透镜安装于所述主体，并位于所述分光器和所述聚光元件之间，所述准直透镜用于使所述第一光束平行穿过所述通光孔照射至所述扫描机构。

在所述盲人导航系统的一些实施例中，所述盲人导航系统还包括无线通信模块，所述无线通信模块电性连接于所述控制机构，以使所述控制机构能够与外部设备通信连接。

在所述盲人导航系统的一些实施例中，所述主体包括本体和硬质壳，所述本体用于佩戴于使用者头部，所述硬质壳安装于所述本体，所述安装空间设于所述硬质壳内，所述透光孔开设于所述硬质壳。

在所述盲人导航系统的一些实施例中，所述主体包括杆部和手持部，所述手持部连接于所述杆部的端部，所述安装空间设于所述杆部内，所述透光孔开设于所述杆部，所述手持部上设有缺口。

实施本实用新型实施例，将至少具有如下有益效果：

上述基于激光扫描的盲人导航系统，具有安全性高的技术效果，具体而言，通过发射器在分光器和扫描机构之间设置聚光元件，并在聚光元件上开设通光孔，以此第一光束可以穿过聚光元件照射至扫描机构，进而能够在扫描机构的作用下出射至盲人导航系统外，另外，照射至障碍物后反射形成的回波光在聚光元件的反光作用下能够反射到探测机构上，从而能够避免将探测机构放置在激光束或回波光的路径上，避免阻碍第一光束的射出，解决了现有应用了激光雷达的盲人导航系统探测机构阻碍了激光束射出的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一个实施例中盲人导航系统的部分结构示意图；

图2为一个实施例中主体的结构示意图；

图3为图2所示硬质壳内的结构连接示意图；

图4为一个实施例中主体的结构示意图。

其中：1、发射器；2、分光器；3、准直透镜；4、扫描机构；41、第一驱动件；42、第二驱动件；43、第一反射镜；44、第二反射镜；5、探测机构；51、第一探测器；52、第二探测器；6、控制机构；7、扬声器；8、主体；81、本体；82、硬质壳；83、杆部；84、手持部；841、缺口；85、透光孔；9、聚光元件；100、第一光束；200、第二光束；300、障碍物。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳的实施例。但是，本实用新型可以通过许多其他不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1-4所示，在一种基于激光扫描的盲人导航系统实施例中，盲人导航系统包括主体8、发射器1、分光器2、扫描机构4、聚光元件9、探测机构5和控制机构6。主体8内设有安装空间，主体8上设有透光孔85，安装空间通过透光孔85能够与外部连通。发射器1收容于安装空间，并用于发射激光。分光器2收容于安装空间，并位于激光的路径上，分光器2用于将激光分成第一光束100和第二光束200。扫描机构4收容于安装空间，并位于分光器2远离发射器1一侧，扫描机构4用于接收并调整第一光束100的出射方向，以使第一光束100能够从透光孔85射出并照射至障碍物300，障碍物300反射第一光束100形成回波光。聚光元件9收容于安装空间，并位于分光器2和扫描机构4之间的第一光束100路径上，聚光元件9上开设有贯穿聚光元件9的通光孔，使得第一光束100能够穿过通光孔照射至扫描机构4，聚光元件9还能够反射回波光。探测机构5收容于安装空间，并用于接收第二光束200和回波光。控制机构6安装于主体8，并与探测机构5通信连接，以能够得知障碍物300的位置信息。扬声器7与控制机构6通信连接，并用于将位置信息通过语音传至使用者。

在本实施例中，在分光器2和扫描机构4之间设置聚光元件9，并在聚光元件9上开设通光孔，以此第一光束100可以穿过聚光元件9照射至扫描机构4，进而能够在扫描机构4的作用下出射至盲人导航系统外，另外，聚光元件9还能够将回波光反射到探测机构5上，从而能够避免将探测机构5放置在激光束或回波光的路径上，避免阻碍第一光束100的射出，解决了现有应用了激光雷达的盲人导航系统探测机构5阻碍了激光束射出的技术问题。

优选地，通光孔的延伸方向平行于第一光束100的光路。

另外，本实用新型的盲人导航系统通过结合激光雷达，能够获取障碍物300的当前位置和实时运动变化信息等位置信息，提高使用者的体验，能够帮助使用者获知附近情况，提高安全性。

另外可以理解的是，探测机构5包括两个光电探测器，分为第一探测器51和第二探测器52，均不设置在激光路径上，第一探测器51可以通过光纤直接从分光器2处接收第二光束200，第二探测器52用于从聚光元件9处接收回波光，因此为了接收回波光，需要在探测机构5开设孔，且只需要一个孔即可。

本实用新型通过将激光雷达技术和扬声器7相结合，能够将获知的障碍物300信息通过语音传递的方式告知使用者。

在一种基于激光扫描的盲人导航系统实施例中，聚光元件9为平面型、球面型或抛物面型。在本实施例中，优选地，聚光元件9为抛物面反射镜，便于布置，且能够将反射回的回波光都反射到探测机构5上。

具体地，聚光元件9用于反射的一个面朝向探测机构5，如当为平面型时，发射器1、聚光元件9和探测机构5三者形成直角形，聚光元件9优选为倾斜45°，以此能够将回波光反射到探测机构5，同理球面型和抛物面型的反射原理相同，反射面都需要朝向探测机构5，对应的布置方式相似，球面型和抛物面型均是将凹面朝向探测机构5，凸面朝向发射器1。

在一种基于激光扫描的盲人导航系统实施例中，扫描机构4包括第一驱动件41、第二驱动件42、第一反射镜43和第二反射镜44。第一驱动件41安装于主体8，并与第一反射镜43连接，第一驱动件41用于驱动第一反射镜43转动。第二驱动件42安装于主体8，并与第二反射镜44连接，第二驱动件42用于驱动第二反射镜44转动。第一反射镜43的转动方向垂直于第二反射镜44的转动方向。

在本实施例中，可以理解的是，第一反射镜43和第二反射镜44分别在第一驱动件41和第二驱动件42的驱动下，能够调节第一光束100的出射方向形成类似四棱锥的扫描空间。

在一种基于激光扫描的盲人导航系统实施例中，第一反射镜43和第二反射镜44中一者为平面反射镜，另一者为多面镜或MEMS微镜。

在本实施例中，通过将第一反射镜43和第二反射镜44分别设置两种光学镜片，其中一者为多面镜或MEMS微镜，能够便于调整扫描角度，多面镜为由多个平面反射镜围设形成环形镜，优选地，多面镜中的各平面反射镜的形状大小相同，以此能够围设形成截面为正多边形的环形形状，旋转多面镜的扫描视场与扫描转镜的面数和各个面的角度有关。假设多面镜的面数为六，则每个面的最大转动角为360°/6＝60°，由光的反射定律得多面镜在转动过程中每个面反射激光角度范围为720°/6＝120°。

在一种基于激光扫描的盲人导航系统实施例中，聚光元件9设于分光器2和第一反射镜43之间。

在本实施例中，可以理解的是，在第一光束100照射到障碍物300反射回主体8内时，也是被第一反射镜43和第二反射镜44按照第一光束100的原路径反射回来，通过将聚光元件9设置在分光器2和第一反射镜43之间，能够接收到反射回来的回波光，并可以将回波光反射到探测机构5上。

在一种基于激光扫描的盲人导航系统实施例中，盲人导航系统还包括振动马达，振动马达与控制机构通信连接，振动马达安装于主体8振动马达能够通过振动提示使用者。

在本实施例中，具体地，振动马达可为转子马达或是线性马达，可通过发震动的方式提醒使用者，以此提醒使用者注意前方路况。当然，还可以结合现有对马达的调控进行设置，比如振动马达振动一次代表障碍物300没有移动，短时间连续但缓慢振动代表障碍物300缓慢移动，短时间连续且急促振动代表障碍物300在高速移动等等形式。

在一种基于激光扫描的盲人导航系统实施例中，盲人导航系统还包括准直透镜3，准直透镜3安装于主体8，并位于分光器2和聚光元件9之间，准直透镜3用于使第一光束100穿过通光孔照射至扫描机构4。在本实施例中，通过设置准直透镜3，能够使第一光束100准直穿过通光孔，减少第一光束100的损耗，减小干扰。

具体地，分光器2和准直透镜3可通过安装到镜筒上连接到发射器1的激光出口处。

在一种基于激光扫描的盲人导航系统实施例中，盲人导航系统还包括无线通信模块，无线通信模块电性连接于控制机构6，以使控制机构6能够与外部设备通信连接。

在本实施例中，具体地，无线通信模块可为蓝牙模块，通过设置蓝牙模块，可以与扬声器7通信连接，以此使用者可以佩戴蓝牙耳机接收提示，避免环境嘈杂影响使用效果。

另外控制机构6还与扫描机构4通信连接，以能够控制第一驱动件41和第二驱动件42。

在一种基于激光扫描的盲人导航系统实施例中，如图2所示，主体8包括本体81和硬质壳82，本体81用于佩戴于使用者头部，硬质壳82安装于本体81，安装空间设于硬质壳82内，透光孔85开设于硬质壳82。

在本实施例中，主体8为头戴式，例如主体8可以是帽子、头盔等，通过设置一个硬质壳82，能够避免因柔性材质制成的本体81在佩戴时改变硬质壳82内部发射器1、扫描机构4等元器件的位置，即避免影响导盲效果。

具体地，硬质壳82可为圆柱筒结构，筒的内部形成安装空间，筒的侧壁上开设孔形成透光孔85，发射器1、准直透镜3、分光器2、扫描机构4、探测机构5、控制机构6放置到安装空间内，并可通过螺钉或夹具等固定件与硬质壳82的内壁进行固定连接，具体地，发射器1可固定于硬质壳82的侧壁上，聚光元件9通过固定件悬挂或夹持到硬质壳82的上侧壁，第一驱动件41可通过螺栓等紧固件固定到上侧壁，探测机构5、控制机构6和第二驱动件42固定在硬质壳82的底壁上，以保证在使用者行走时不影响到激光出射和接收。而扬声器7可安装到本体81上，靠近耳朵处。

在一种基于激光扫描的盲人导航系统实施例中，如图3所示，主体8包括杆部83和手持部84，手持部84连接于杆部83的端部，安装空间设于杆部83内，透光孔85开设于杆部83，手持部84上设有缺口841。

在本实施例中，不同于前面实施例，本实施例中的主体8为手持式，如可为手杖，杆部83用于接触地面，便于使用者使用，手持部84用于供使用者握持，而在手持部84上设置缺口841，一是可以便于握持，二是缺口841的开口朝向平行于透光孔85的延伸方向，以此可以告知使用者正反，便于使用者将透光孔85朝向行进方向。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于激光扫描的盲人导航系统，其特征在于，所述盲人导航系统包括：

主体，内设有安装空间，所述主体上设有透光孔，所述安装空间通过所述透光孔能够与外部连通；

发射器，收容于所述安装空间，并用于发射激光；

分光器，收容于所述安装空间，并位于所述激光的路径上，所述分光器用于将所述激光分成第一光束和第二光束；

扫描机构，收容于所述安装空间，并位于所述分光器远离所述发射器一侧，所述扫描机构用于接收并调整所述第一光束的出射方向，以使所述第一光束能够从所述透光孔射出并照射到障碍物，障碍物反射所述第一光束形成回波光，所述扫描机构还能够将所述回波光朝向所述分光器反射；

聚光元件，收容于所述安装空间，并位于所述分光器和所述扫描机构之间的所述第一光束路径上，所述聚光元件上开设有贯穿所述聚光元件的通光孔，所述第一光束能够穿过所述通光孔照射至所述扫描机构，所述聚光元件还能够反射所述回波光；

探测机构，收容于所述安装空间，并用于接收所述第二光束和所述回波光；

控制机构，安装于所述主体，并与所述探测机构通信连接，以能够得知障碍物的位置信息；以及

扬声器，与所述控制机构通信连接，并用于将所述位置信息语音传至使用者。

2.如权利要求1所述的盲人导航系统，其特征在于，所述聚光元件为平面型、球面型或抛物面型。

3.如权利要求1所述的盲人导航系统，其特征在于，所述扫描机构包括第一驱动件、第二驱动件、第一反射镜和第二反射镜；

所述第一驱动件安装于所述主体，并与所述第一反射镜连接，所述第一驱动件用于驱动所述第一反射镜转动；

所述第二驱动件安装于所述主体，并与所述第二反射镜连接，所述第二驱动件用于驱动所述第二反射镜转动；

所述第一反射镜的转动方向垂直于所述第二反射镜的转动方向。

4.如权利要求3所述的盲人导航系统，其特征在于，所述聚光元件设于所述分光器和所述第一反射镜之间。

5.如权利要求3或4所述的盲人导航系统，其特征在于，所述第一反射镜和所述第二反射镜中的一者为平面反射镜，另一者为多面镜或MEMS微镜。

6.如权利要求1所述的盲人导航系统，其特征在于，所述盲人导航系统还包括振动马达，所述振动马达与所述控制机构通信连接，所述振动马达安装于所述主体，所述振动马达能够通过振动提示使用者。

7.如权利要求1所述的盲人导航系统，其特征在于，所述盲人导航系统还包括准直透镜，所述准直透镜安装于所述主体，并位于所述分光器和所述聚光元件之间，所述准直透镜用于使所述第一光束平行穿过所述通光孔照射至所述扫描机构。

8.如权利要求1所述的盲人导航系统，其特征在于，所述盲人导航系统还包括无线通信模块，所述无线通信模块电性连接于所述控制机构，以使所述控制机构能够与外部设备通信连接。

9.如权利要求1所述的盲人导航系统，其特征在于，所述主体包括本体和硬质壳，所述本体用于佩戴于使用者头部，所述硬质壳安装于所述本体，所述安装空间设于所述硬质壳内，所述透光孔开设于所述硬质壳。

10.如权利要求1所述的盲人导航系统，其特征在于，所述主体包括杆部和手持部，所述手持部连接于所述杆部的端部，所述安装空间设于所述杆部内，所述透光孔开设于所述杆部，所述手持部上设有缺口。

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