JP2018138118A - Visually handicapped person walking support device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、二次元レーザースキャナーを用いて視覚障害者の自立した歩行を支援する装置に関するものである。 The present invention relates to an apparatus for supporting a visually impaired person's independent walking using a two-dimensional laser scanner.
以前より、超音波や赤外線や電磁波などにより1つまたは複数のセンサーで進行方向の障害物を検出し、音や振動で視覚に障害のある使用者に白杖だけでは察知できない物体(障害物)の存在を知らせる試みがなされてきた。
例えば、特開2008−099720に開示されている技術のような、超音波や赤外線を周囲に照射してその反射波を測定し障害物の存在を把握する方法が知られている。
An object (obstacle) that cannot be detected by a white cane alone for a user who is visually impaired by sound or vibration by detecting obstacles in the direction of travel with one or more sensors using ultrasonic waves, infrared rays, electromagnetic waves, etc. Attempts have been made to inform the existence of.
For example, there is known a method of grasping the presence of an obstacle by irradiating the surroundings with ultrasonic waves or infrared rays and measuring the reflected waves, such as the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-099720.
(障害物詳細形状問題)
しかしながら、従来の装置では進行方向の足元付近または上方に何らかの物体があることは判別できるものの、詳細な物体の位置や形状を知ることができないという問題があった。更に、障害物ではなく低い段差などの情報を検出するのも困難であった。
(Detailed obstacle problem)
However, the conventional apparatus has a problem that although it is possible to determine that there is an object near or above the foot in the traveling direction, the detailed position and shape of the object cannot be known. Furthermore, it is difficult to detect information such as a low step, not an obstacle.
(不要警報問題)
加えて、障害物の検出可能なレンジが水平方向への広がりを有するため、危険が無い物体にも反応して不必要に警報を発し、使用者を煩わせることがあった。
(Unnecessary alarm problem)
In addition, since the range in which obstacles can be detected has a horizontal spread, it reacts to an object that is not dangerous and issues an alarm unnecessarily, which may bother the user.
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、使用者が知りたい方向にある物体や低い段差の使用者からの距離、高さ・深さ、大きさの情報を取得・解析し、音や振動により報知することで、視覚に障害のある使用者のより安全な歩行を支援する装置を提供することを目的とする。また、検出エリアが細かく調節できるため、必要な情報だけを通知することができる。 The present invention has been made to solve the above problems, and obtains information on distance, height / depth, and size from an object in a direction that the user wants to know or a user at a low step. An object of the present invention is to provide a device that supports a safer walking of a visually impaired user by analyzing and informing through sound and vibration. Further, since the detection area can be finely adjusted, only necessary information can be notified.
上述の問題を解決すべく本発明が成された。 The present invention has been made to solve the above problems.
本発明の作動装置は、
「視覚障害者が手にする杖部と、杖部に設けられる二次元レーザースキャナーと、障害物検出部と、検出結果報知部と、制御部と、を備え、
制御部は、二次元レーザースキャナーがスキャンした二次元距離データに応じて、障害物検出部に障害物を検出させ、検出された障害物データに応じて検出結果を報知するよう検出結果報知部を制御する」
ことを特徴としている。
The actuating device of the present invention comprises:
“Equipped with a cane part to be held by a visually impaired person, a two-dimensional laser scanner provided on the cane part, an obstacle detection part, a detection result notification part, and a control part,
The control unit causes the obstacle detection unit to detect an obstacle according to the two-dimensional distance data scanned by the two-dimensional laser scanner, and a detection result notification unit to notify the detection result according to the detected obstacle data. Control"
It is characterized by that.
この特徴により、使用者が知りたい方向にある物体や段差などを選択的に検出することができ、物体や段差の形状を把握することができる。 With this feature, it is possible to selectively detect an object or step in a direction that the user wants to know, and to grasp the shape of the object or step.
結果として、使用者の自立した歩行を可能とすることができる。 As a result, the user can walk independently.
本発明により、前述の障害物詳細形状問題や不要警報問題が解決できる。 According to the present invention, the above-described obstacle detailed shape problem and unnecessary alarm problem can be solved.
以下、図面を参照しながら本発明を説明する。 The present invention will be described below with reference to the drawings.
まず、本発明装置の構成について、図1を参照しながら説明する。
図1は、本発明装置の概要を示している。
棒状で斜めに描かれているものが請求項における杖部に相当する。一般に視覚障害者は白色の杖を用いるため「白杖(はくじょう)」と呼ばれる。
杖部の上部には把持する際のグリップが設けられている。また、杖部の中央より少し上に枝部が設けられており、こちらにもグリップが設けられている。
視覚障害者が歩行の際に自身の進行方向を白杖の先端で軽く叩きながら地面の状況を調べるため、腕や手首の負担が少ない把持方法を複数選択可能となるようグリップが複数設けられている。
First, the configuration of the device of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 1 shows an outline of the apparatus of the present invention.
What is drawn in a rod shape and obliquely corresponds to the cane portion in the claims. Generally, visually handicapped people use a white cane and are called “white canes”.
A grip for gripping is provided on the upper portion of the cane portion. In addition, a branch part is provided slightly above the center of the cane part, and a grip is also provided here.
In order to examine the situation of the ground while the visually handicapped person taps his or her own traveling direction with the tip of a white cane during walking, multiple grips are provided so that multiple gripping methods with less arm and wrist load can be selected. Yes.
枝部根元付近には二次元レーザースキャナーが設けられている。ここでいう二次元レーザースキャナーとは、レーザー光を照射して直線距離測定を行うものであり、ある平面において、ある点を中心として、時間と共にレーザー光の照射角度を変えながら距離測定を連続して行い、角度と距離により導かれる座標値を複数取得して点群データを得るものである。 A two-dimensional laser scanner is provided near the base of the branch. The two-dimensional laser scanner here is used to measure the linear distance by irradiating laser light, and continuously measures the distance while changing the irradiation angle of the laser light with time around a certain point on a certain plane. The point cloud data is obtained by obtaining a plurality of coordinate values derived from the angle and the distance.
図1の構成において、スキャンを行うレーザー光は、杖部の中心軸線と枝部の中心軸線とが交叉する平面上を、枝部根本付近を中心に、時刻により角度を変えて、周囲へ照射される。以降、この平面を「走査面」とする。
よって、杖部を鉛直(重力方向に沿うよう)に立置すると、走査面は鉛直面となり、水平な地面に対して直角に交わることとなる。
レーザー光はコヒーレントであるため走査面は非常に薄くなり、結果として強い指向性を持つことになる。この特性により、使用者の進行方向から両脇に外れる位置にある障害物は誤検出されなくなる。
In the configuration of FIG. 1, the laser beam for scanning is irradiated to the surroundings on the plane where the center axis of the cane and the center axis of the branch intersect, changing the angle depending on the time around the root of the branch. Is done. Hereinafter, this plane is referred to as a “scanning plane”.
Therefore, when the cane portion is placed vertically (along the direction of gravity), the scanning plane becomes a vertical plane and intersects the horizontal ground at a right angle.
Since the laser beam is coherent, the scanning surface becomes very thin, and as a result, has a strong directivity. Due to this characteristic, an obstacle at a position deviating on both sides from the traveling direction of the user is not erroneously detected.
また、使用者の観点からすると、走査面は枝部を把持する際に直感的な設定が可能となる。すなわち、枝部の中心軸の軸線方向が走査面と同一(もしくは平行)となるので、使用者は枝部を把持することで、杖部の先端を制御しつつ、走査面の方向を任意に設定できる。
前述の通り水平面における障害物検出は強い指向性を持つので、使用者は枝部を把持しながら杖部の中心軸を回転させる(ピボット)ことによって、より広い範囲においての障害物検出も可能となる。
From the user's point of view, the scanning plane can be set intuitively when gripping the branches. That is, since the axial direction of the central axis of the branch portion is the same (or parallel) as the scanning surface, the user can arbitrarily change the direction of the scanning surface by controlling the tip of the cane portion by gripping the branch portion. Can be set.
As described above, obstacle detection in the horizontal plane has strong directivity, so the user can detect obstacles in a wider range by rotating the pivot of the cane part while holding the branch part (pivot). Become.
図2は、本発明装置が使用者の進行方向にある障害物(樹木および自転車)を検知している状態を示す図である。
図3は、図2の状況における、検出結果報知部から出力される音声信号の波形である。
二次元レーザースキャナーは前述の通り、ある面において時間と共に角度を変化させて直線距離を連続して計測して点群データを取得するものであり、言い換えると、走査面における周囲の状況を断面図状データとして取得する機器である。
障害物検出部は、時々刻々と得られる点群データを解析し、障害物の存在を検出する働きをする。
FIG. 2 is a diagram showing a state where the device of the present invention is detecting obstacles (trees and bicycles) in the direction of travel of the user.
FIG. 3 is a waveform of an audio signal output from the detection result notification unit in the situation of FIG.
As described above, the two-dimensional laser scanner acquires point cloud data by continuously measuring the linear distance by changing the angle with time on a certain surface, in other words, a sectional view of the surrounding situation on the scanning surface. It is a device that is acquired as status data.
The obstacle detection unit functions to detect the presence of an obstacle by analyzing point cloud data obtained every moment.
図2において、障害物検出部は、二次元レーザースキャナーが取得した点群データに基づいて、地表面と自転車と樹木を検出する。この際、地表面と杖部中心軸との交叉する角度が判るので、杖部先端から障害物までの地表面上の直線距離を算出する際に参酌される。 In FIG. 2, the obstacle detection unit detects the ground surface, the bicycle, and the tree based on the point cloud data acquired by the two-dimensional laser scanner. At this time, since the angle at which the ground surface and the cane center axis intersect is known, it is taken into consideration when calculating the straight line distance on the ground surface from the tip of the cane to the obstacle.
図3は、図2の状況における、検出結果報知部から報知される音声信号の波形である。
縦軸は信号の振幅であり、図3の説明の都合上3段階に区分け、それぞれ小振幅・中振幅・大振幅とする。
横軸は時間である。
二次元レーザースキャナーは、レーザー光を図2において時計周りに周回させながら直線距離を測定(測距)し、点群データを取得する。
FIG. 3 is a waveform of an audio signal notified from the detection result notification unit in the situation of FIG.
The vertical axis represents the signal amplitude, which is divided into three stages for convenience of description of FIG.
The horizontal axis is time.
The two-dimensional laser scanner measures (measures) a linear distance while rotating the laser beam clockwise in FIG. 2, and acquires point cloud data.
障害物検出部は、この点群データを解析し、まず地表面と障害物の無い領域(安全領域)を検出する。
次に、現在の使用者が安全に歩行する上で必要な高さ方向のマージンである歩行安全高より低い領域において障害物が無いか検出する。なお、歩行安全高は、予め設定されている使用者の身長に基づいて導かれる。
The obstacle detection unit analyzes the point cloud data and first detects the ground surface and a region free of obstacles (safety region).
Next, it is detected whether there is an obstacle in an area lower than the walking safety height which is a margin in the height direction necessary for the current user to walk safely. The walking safety height is derived based on the height of the user set in advance.
図2の状況において、近くの空中に樹木があり、遠くの地表面上に自転車がある。
本発明装置では、この2つの障害物について使用者に検出結果報知部から音声信号で報知する。
In the situation of FIG. 2, there is a tree in the near air, and a bicycle on a distant ground surface.
In the device according to the present invention, the two obstacles are notified to the user by an audio signal from the detection result notification unit.
図3の音声信号の波形について説明する。
最初の小振幅は、低い周波数の小さな音量の音であり、近くの地表面上に障害物が無いことを意味する。安全領域については警報を発する必要が無いので、官能的に不安感を醸さないものとする。
次の中振幅は、自転車の存在を意味する。明確な障害物なので、一定以上の振幅とする。また、障害物の存在する位置の地表面からの高さに応じて周波数を高くするようにする。これにより、進行方向における障害物の存在位置の高さが把握可能となる。
The waveform of the audio signal in FIG. 3 will be described.
The first small amplitude is a low volume, low volume sound, meaning that there are no obstacles on the nearby ground surface. Since there is no need to issue an alarm for the safe area, it shall not be sensuously anxious.
The next medium amplitude means the presence of a bicycle. Since it is a clear obstacle, the amplitude should be above a certain level. Further, the frequency is increased according to the height from the ground surface at the position where the obstacle exists. As a result, the height of the position of the obstacle in the traveling direction can be grasped.
更に次の小振幅は、自転車と樹木の間の何も無い空間を意味する。
その次の大振幅は、樹木を意味する。
周波数は、前述の自転車より樹木の存在位置が高い場所となるので、自転車のものより高い周波数となる。
振幅は、使用者からの距離が近いほど大きくなるようにする。これにより、より近い障害物について大きな振幅の音声信号となるので、使用者が障害物の危険順位を把握する上で有利に作用する。
The next smaller amplitude means a blank space between the bicycle and the tree.
The next large amplitude means a tree.
Since the frequency of the tree is higher than that of the bicycle, the frequency is higher than that of the bicycle.
The amplitude is increased as the distance from the user is shorter. As a result, a voice signal having a large amplitude is obtained for a nearby obstacle, which is advantageous for the user to grasp the danger rank of the obstacle.
更にその次の小振幅は、樹木より上で且つ歩行安全高より下となる領域について、特に障害物が無いことを意味する。
検出結果報知部は、このような音声信号を連続して報知する。使用者は、この連続して報知される音声信号を聞きながら、進行方向にある障害物を把握するのである。
なお、本実施例では、視覚障害者が足元をまず注意するという観点より、足元から頭上へと順に確認するというコンセプトで図3の音声信号波形を設定した。
逆に、背の高い視覚障害者はよく障害物に頭をぶつけるといったこともあるので、この場合には、頭上から足元へ順に確認するコンセプトとしても良い。
Further, the next small amplitude means that there is no obstacle in particular in the region above the tree and below the walking safety height.
A detection result alerting | reporting part alert | reports such an audio | voice signal continuously. The user grasps the obstacle in the traveling direction while listening to the voice signal that is continuously notified.
In the present embodiment, the sound signal waveform of FIG. 3 is set based on the concept that the visually handicapped person first checks from the foot to the head from the viewpoint of first paying attention to the foot.
On the contrary, tall visually handicapped people often hit their heads against obstacles. In this case, it may be a concept to check in order from the head to the feet.
図4は、図1の本発明装置を上り階段の手前で使用した場合の点群データを示す。
縦軸はある基準面からの高さを表し、横軸はある基準壁からの水平距離を表す。
図4において本発明装置の二次元レーザースキャナーは高さ3m弱で水平距離5m強の位置にある。
高さ1.5m強で水平距離4.5〜6mにプロットされている直線は床を意味する。
そこから水平距離1.5m弱にかけて3mほどの上り階段となっている。
FIG. 4 shows point cloud data when the device of the present invention shown in FIG. 1 is used before an upstairs.
The vertical axis represents the height from a certain reference plane, and the horizontal axis represents the horizontal distance from a certain reference wall.
In FIG. 4, the two-dimensional laser scanner of the device of the present invention is at a position of a height of less than 3 m and a horizontal distance of more than 5 m.
A straight line plotted with a height of just over 1.5 m and a horizontal distance of 4.5 to 6 m means a floor.
From there, it rises up to about 3m over a horizontal distance of less than 1.5m.
図5は、図4の状況において検出結果報知部が報知する音声信号の波形である。
この波形の開始直後と終了直前はそれぞれフェードインおよびフェードアウトが施されている。これは、前述の実施例1で説明した通り、検出結果報知部は音声信号を連続して報知するため、突然に信号報知を開始(カットイン)したり、突然に信号報知を停止(カットアウト)するとプチノイズが発生し、使用者の聴覚に不快な影響を及ぼすからである。
FIG. 5 is a waveform of an audio signal notified by the detection result notification unit in the situation of FIG.
Immediately after the start and immediately before the end of the waveform, fade-in and fade-out are performed, respectively. This is because, as described in the first embodiment, since the detection result notification unit continuously notifies the audio signal, the signal notification is suddenly started (cut-in) or suddenly stopped (cutout). ), A small noise is generated, which unpleasantly affects the user's hearing.
図5のグラフにおいて、横軸メモリ5つめくらいまでは周波数が一定である。これは水平面である床を意味している。
その後、周波数が漸増してゆく。これは階段の格段が順に高くなっていくことを意味している。本実施例では、振幅による距離感の演出は行わず、使用者の進行方向の地表面の延長がどの様になっているかを示す例としている。
階段の勾配がきつい場合、音声信号の周波数の増加する度合が高くなる。これにより直感的にもきつい階段が存在することが使用者に伝わる。
また、階段と段差の無いスロープとでは音声信号の周波数の増加の仕方が異なり、スロープの場合には滑らかに変化するが、階段の場合には段階的に変化する。この違いからも使用者は直感的に進行方向に存在する勾配の形状を理解することが可能となる。
In the graph of FIG. 5, the frequency is constant up to the fifth horizontal axis memory. This means a floor that is a horizontal plane.
Thereafter, the frequency gradually increases. This means that the staircase steps become higher in order. In the present embodiment, the sense of distance due to the amplitude is not performed, and an example of how the ground surface is extended in the traveling direction of the user is shown.
When the staircase slope is tight, the frequency of the audio signal increases. This informs the user that there are intuitively tight stairs.
Also, the method of increasing the frequency of the audio signal is different between the staircase and the slope without a step, and changes smoothly in the case of the slope but changes stepwise in the case of the staircase. From this difference, the user can intuitively understand the shape of the gradient existing in the traveling direction.
図6は図4の逆であり、下り階段の場合の点群データである。
同様に図7は、図6の状況における検出結果報知部が報知する音声信号の波形である。階段が下がる方向であるので周波数の変化は漸減する。また周波数の変化の効果も同様で、使用者が直感的に勾配の度合と形状を理解できる。
FIG. 6 is the reverse of FIG. 4 and shows point cloud data in the case of a downward staircase.
Similarly, FIG. 7 is a waveform of an audio signal notified by the detection result notification unit in the situation of FIG. Since the stairs are descending, the frequency change gradually decreases. The effect of frequency change is the same, and the user can intuitively understand the degree and shape of the gradient.
図4図5と図6図7は説明の明確化のために特定の周波数から漸増および漸減する音声信号を例示した。しかしながら、実際には中庸な周波数を選択し、これに対して漸増および漸減するようにしても良い。また、視覚障害者の中でも高齢である者は聴覚に特性変化を生じている場合があるので、実際にオージオメーターで確認の上、好みの周波数となるように設定しても良い。 4 and 5 illustrate audio signals that gradually increase and decrease from a specific frequency for clarity of explanation. However, in practice, a moderate frequency may be selected and gradually increased and gradually decreased. In addition, among the visually handicapped persons, those who are elderly may have a characteristic change in hearing. Therefore, the frequency may be set to a desired frequency after actually checking with an audiometer.
以上までに、二次元レーザースキャナーによる点群データに基づいて音声信号を報知する装置について説明してきたが、報知は音声信号に限定する必要は無い。他に、圧電素子やアクチュエーターなどで振動を発生して杖部を励振し、使用者の触覚によって報知するようにしても良い。また、音声信号と振動を組み合わせても良い。 Up to this point, an apparatus for notifying an audio signal based on point cloud data obtained by a two-dimensional laser scanner has been described, but the notification need not be limited to an audio signal. In addition, vibration may be generated by a piezoelectric element or an actuator to excite the wand, and notification may be made by the user's tactile sense. Moreover, you may combine an audio | voice signal and a vibration.
なお、二次元レーザースキャナーの走査面を設定する枝部は、本発明開示の枝部の形状に限定する必要は無い。要は使用者が杖部を白杖として使用しやすい前提で、使用者自身の進行方向を明確に示すことができるものであれば良いのである。 In addition, the branch part which sets the scanning surface of a two-dimensional laser scanner does not need to be limited to the shape of the branch part of this indication. The point is that the user can easily use the cane portion as a white cane as long as the user can clearly indicate the direction of travel.
以上、本発明について好適な実施例を挙げて説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない限り多くの改変を施すことが可能であるのは勿論である。 The present invention has been described with reference to preferred embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, and many modifications can be made without departing from the spirit of the invention. Of course.
量産可能な二次元レーザースキャナーや杖を使用して視覚障害者の歩行支援を高精度で実現でき、高い実用性と福祉向上性を得られるなどの効果を有している。 Using a mass-produced two-dimensional laser scanner and a cane, walking support for visually impaired people can be realized with high accuracy, and there are effects such as high practicality and welfare improvement.
無し
None
Claims (1)
視覚障害者が手にする杖部と、
前記杖部に設けられる二次元レーザースキャナーと、
障害物検出部と、
検出結果報知部と、
制御部と、
を備え、
前記二次元レーザースキャナーは、前記杖部の長手方向に沿ってスキャンするように設けられ、
前記制御部は、前記二次元レーザースキャナーがスキャンした二次元距離データに応じて、前記障害物検出部に障害物を検出させ、前記検出された障害物データに応じて検出結果を報知するよう前記検出結果報知部を制御する、
ことを特徴とする視覚障害者用歩行支援装置。
A device that supports the independent walking of the visually impaired,
A cane portion to be held by a visually impaired person,
A two-dimensional laser scanner provided on the wand,
An obstacle detection unit;
A detection result notification unit;
A control unit;
With
The two-dimensional laser scanner is provided to scan along the longitudinal direction of the wand part,
The control unit causes the obstacle detection unit to detect an obstacle according to the two-dimensional distance data scanned by the two-dimensional laser scanner, and notifies the detection result according to the detected obstacle data. Control the detection result notification unit,
This is a walking support device for visually impaired persons.
Priority Applications (1)
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JP2017033659A JP2018138118A (en) | 2017-02-24 | 2017-02-24 | Visually handicapped person walking support device |
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JP2017033659A JP2018138118A (en) | 2017-02-24 | 2017-02-24 | Visually handicapped person walking support device |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022041869A1 (en) * | 2020-08-28 | 2022-03-03 | 北京市商汤科技开发有限公司 | Road condition prompt method and apparatus, and electronic device, storage medium and program product |
CN116035875A (en) * | 2023-01-29 | 2023-05-02 | 中航华东光电(上海)有限公司 | HRTF earphone system with intelligent obstacle avoidance reminding function |
-
2017
- 2017-02-24 JP JP2017033659A patent/JP2018138118A/en active Pending
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