CN106890067A - 室内盲人导航机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了室内盲人导航机器人，包括导航机器人和可穿戴式移动终端两部分。其中，导航机器人包括摄像机模块、行走模块、中央控制单元、人机交互模块、提醒模块、无线通信模块；可穿戴式移动终端包括语音模块、加速度传感器、无线通信模块。导航机器人通过无线通信模块与可穿戴式移动终端通信，使用摄像机模块获取三维环境地图，与室内三维场景地图匹配获取当前位置，实现机器人在导航中对障碍物的检测、避让以及监测盲人使用者位置，调节行走模块运动状态，使其不偏离导航路线，可通过语音模块或人机交互模块获取目的地进行路线规划、实时提醒盲人改变进行方向和障碍物。具有使用方便，定位精度高，避障能力强，应用前景广等特点。

Description

室内盲人导航机器人
技术领域
本发明涉及自动化及机器人领域，尤其涉及盲人导航领域。
背景技术
世界卫生组织估计全世界有盲人4000万到4500万，低视力是盲人的3倍，约1.4亿人，在生活中，盲人相对于常人有许多不便之处，尤其是盲人的出行受到了极大的限制，虽然为盲人出行建设有一定的基础设施，例如盲道，然而，对于盲人来说，在行走中，还是不可避免会遇到障碍。通常盲人依靠拐杖敲打发出的声音做出判断，但这对于盲人来说，尤其是在嘈杂环境中判断十分困难，而且盲人进行大范围活动时，容易迷失方向，限制了盲人的活动。因此需要有相应的服务型导航机器人帮助盲人更好的进行活动。
随着机器人技术的不断进步，机器人能够半自主或全自主地独立完成各项工作，机器人无论是在日常生活中，还是在工业、农业生产活动中都扮演者越来越重要的角色，尤其是服务型机器人的发展保持了较快的增长速度，而且人们为了提高生活质量，人们越来越青睐服务型机器人，因此服务型机器人有着广泛的市场。
发明内容
本发明目的在于提供一种维护方便、结构简单，通过三维摄像头以及传感器，能够实现定位、导航以及对障碍物检测与避让的室内盲人导航机器人。
为达成上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
室内盲人导航机器人，包括导航机器人和可穿戴式移动终端两部分。
导航机器人包括摄像机模块、行走模块、中央控制单元、人机交互模块、提醒模块、无线通信模块。中央控制单元获得通过人机交互模块输入目的地信息和对摄像机模块拍摄的局部三维环境照片进行处理，获得当前位置并自动规划线路，导航过程中若需要转向或出现障碍物，控制提醒模块对盲人进行提醒，并将行进速度和方向信息发送给行走模块，控制导航机器人行进速度和方向。
进一步的，三维摄像头有两组，分别安装在机器人前、后方，拍摄局部三维环境照片，用于生成三维局部环境地图，实现对障碍物的检测、避让以及实时监测盲人使用者位置，机器人自主调节行进状态。
进一步的，所述光线传感器采用E3F3-D16型，安装于摄像头周围，用于检测周围环境光亮强度。
进一步的，照明设备安装于各摄像头周围，当环境光亮强度影响成像质量时开始工作。
行走模块承载机器人主体部分，作为机器人底盘，包括微控制器、行走机构。
进一步的，行走机构为三角式履带轮，并且前轮可升降一定高度。
微控制器置于行走机构两履带轮中间的壳体内，用于控制行走机构的行进方向、速度，以及根据障碍物调节前轮升降。
中央控制单元置于导航机器人主体内部，用来处理三维摄像头采集的三维环境照片，与三维室内场景地图进行匹配定位、障碍物检测和避让以及监测盲人使用者的位置，并判断对于障碍物机器人能否绕行通过；接受人机交互模块和语音模块输入的目的地，并自动规划路线进行导航；接收光线传感器采集的数据；控制提醒模块、控制无线通信模块。
进一步的，所述无线通信模块采用LCX24A无线通信模块，用于机器人与可穿戴式移动终端建立通信连接。
进一步的，所述人机交互模块安装于机器人后方扶手上，是专门为盲人使用者设计的手动输入装置，以提高输入的准确性。
进一步的，所述提醒模块安装在导航机器人后方扶手上以及其主体周围，机器人扶手上安装有四个指向不同方向的振动片，振动提醒使用者转向或前方出现障碍物，LED在导航机器人使用时显示相应的文字提醒行人注意避让。
可穿戴式移动终端独立于导航机器人，由盲人穿戴，包括语音模块、加速度传感器、无线通信模块，以头戴式耳机为载体，加速度传感器、无线通信模块安装于耳机腔体内。
进一步的，所述无线通信模块用于可穿戴式移动终端与导航机器人建立通信连接。
进一步的，所述语音模块包括骨传导式麦克风和耳机，用于输入目的地信息和接受机器人发出的障碍物和转向等提醒信息。
进一步的，所述加速度传感器为XL403D型，实时监测盲人使用者行进速度，并将信息发送至中央控制单元，控制导航机器人行进速度。
有益效果
本发明的用于室内盲人导航机器人集定位、导航、避障、人机交互为一体，在室内场所为盲人提供服务。通过机器人前、后方两组三维摄像头建立局部环境地图，实现定位、避障和监测使用者行动状态；可通过可穿戴式移动终端或机器人扶手上的人机交互模块与使用者进行交互，提高了盲人使用者获取信息的准确性以及行进的安全性；履带式行走机构增强了机器人通过性；可穿戴式移动终端有加速度传感器，能够使机器人调节行进速度，使盲人使用者不偏离导航路线；语音模块中的骨传导式麦克风和耳机，提升了在嘈杂环境下语音输入和语音提醒的准确性；安装在机器人四周的LED屏幕，可提醒行人注意避让。
附图说明
图1为本发明盲人导航机器人实施例的***框图。
图2为本发明盲人导航机器人实施例简易图。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
如图1所示，根据本发明的较优实施例，室内盲人导航机器人，包括导航机器人和可穿戴式移动终端201两部分。其中，导航机器人包括摄像机模块104、行走模块102、中央控制单元101、人机交互模块105、提醒模块106、无线通信模块103；可穿戴式移动终端201包括语音模块202、加速度传感器203、无线通信模块204。
摄像机模块104采集局部环境的三维照片，传送至中央控制单元104，经处理后建立局部环境地图，获取机器人当前位置，并检测障碍物与监测盲人使用者位置。
行走模块102根据加速度传感器203检测到盲人的行进状态和盲人与机器人的位置控制机器人行进速度和方向，确保盲人使用者不脱离导航路线。
中央控制单元104处理由摄像机模块104采集的三维环境照片，经处理后生成局部三维环境地图与三维室内场景地图进行匹配定位、障碍物检测和避让以及监测盲人使用者的位置，并判断对于障碍物机器人能否绕行通过，如无法通行，则重新规划线路；接受来自人机交互模块105和语音模块202输入的目的地信息，自动规划路线进行导航；同时控制提醒模块106、无线通信模块103对盲人进行提醒。
提醒装置106包括安装在导航机器人后方扶手上四个指向不同方向的振动片以及机器人主体周围的LED显示屏，振动片提醒盲人转向和出现障碍物，LED显示屏显示相应文字提醒周围行人注意避让。
无线通信模块108通过与可穿戴式移动终端201的无线通信模块204建立通信连接，实现语音输入和语音导航、障碍物提醒。
人机交互模块105安装于机器人后方扶手上，是专门为盲人使用者设计的手动输入装置，能够输入目的地信息，中央控制单元104根据输入的目的地自动规划线路进行导航。
可穿戴式移动终端201独立于导航机器人，由盲人穿戴，包括语音模块202、加速度传感器203、无线通信模块204，以骨传导耳机为载体，加速度传感器203、无线通信模块204安装于耳机腔体内，通过无线通信模块204与导航机器人建立通信，传递信息。
语音模块202包括骨传导式麦克风和耳机，用于语音输入目的地信息和接受机器人发出的障碍物和转向等提醒信息。
加速度传感器205用于实时捡测盲人使用者行进速度，通过中央控制单元101控制机器人行进速度。
本实施例提出的室内盲人导航机器人，使用方便，定位精度高，避障能力强，信息获取、处理速度快，判断准确，实用性强。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (6)

1.室内盲人导航机器人，其特征在于，包括导航机器人和可穿戴式移动终端；其中：
导航机器人包括摄像机模块、行走模块、中央控制单元、人机交互模块、提醒模块、无线通信模块；
摄像机模块包括两组三维摄像头、光线传感器、照明设备；三维摄像头有两组，分别安装在机器人前、后方，拍摄局部三维环境照片，用于生成三维局部环境地图，实现对障碍物的检测、避让以及实时监测盲人使用者位置，机器人自主调节行进状态；
光线传感器安装于摄像头周围，用于检测周围环境光亮强度；照明设备安装于各摄像头周围，当环境光亮强度影响成像质量时开始工作；
行走模块承载机器人主体部分，作为机器人底盘，包括微控制器、行走机构；微控制器置于行走机构两履带轮中间的壳体内，用于控制行走机构的行进方向、速度，以及根据障碍物调节前轮升降；
中央控制单元置于导航机器人主体内部，用来处理三维摄像头采集的三维环境照片，与三维室内场景地图进行匹配定位、障碍物检测和避让以及监测盲人使用者的位置，并判断对于障碍物机器人能否绕行通过；接受人机交互模块和语音模块输入的目的地，并自动规划路线进行导航；接收光线传感器采集的数据；控制提醒模块、控制无线通信模块；所述人机交互模块安装于机器人后方扶手上；
无线通信模块用于可穿戴式移动终端与导航机器人建立通信连接；
提醒模块安装在导航机器人后方扶手上以及其主体周围，机器人扶手上安装有四个指向不同方向的振动片，振动提醒使用者转向或前方出现障碍物，LED在导航机器人使用时显示相应的文字提醒行人注意避让；
可穿戴式移动终端独立于导航机器人，由盲人穿戴，包括语音模块、加速度传感器、无线通信模块，以骨传导耳机为载体，加速度传感器、无线通信模块安装于耳机腔体内，通过无线通信模块与导航机器人建立通信，传递信息。
加速度传感器实时监测盲人使用者行进速度，并将信息发送至中央控制单元，控制导航机器人行进速度。
2.如权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述可穿戴式移动终端中语音模块包括骨传导式麦克风和耳机，用于输入目的地信息和接受机器人发出的障碍物和转向提醒信息。
3.如权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述，所述可穿戴式移动终端中加速度传感器为XL403D型。
4.如权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述导航机器人中光线传感器采用E3F3-D16型。
5.如权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述导航机器人中行走机构为三角式履带轮，并且前轮能够升降一定高度。
6.如权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述导航机器人中无线通信模块采用LCX24A无线通信模块。
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