CN110547955A - 一种导盲机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种导盲机器人，包括机身、设置在所述机身上的行走驱动装置，所述机身包括上机体和下机体；所述上机体内部设有相机模块、液体检测分析模块、路面光滑度检测模块、雷达模块以及控制单元；所述雷达模块、相机模块以及液体检测分析模块的输出端与所述控制单元的输入端电信号连接，所述控制单元的输出端输出控制信号控制导盲机器人的运动；所述下机体设有若干出风口，该出风口与所述风机连接，该风机位于所述下机体内；所述机体上设有伸缩杆，伸缩杆上端活动设有导盲手柄；本发明能够有效地避免用户因路面过于光滑或者存在水质出现摔倒现象，更加安全可靠。

Description

一种导盲机器人

技术领域

本发明涉及机器人领域，特别是一种导盲机器人。

背景技术

由于视觉信息的缺失，视力障碍者难以感知周围环境，自由行走受到阻碍，使其生活自理等方面受到诸多限制。无法完全自主的行动给视觉障碍患者的平常生活带来了较多不便和麻烦，是影响其日常生活质量的重要因素。

目前，全世界现有视力障碍者的数量极其庞大且新发视力障碍者的数量也在不断的增加。相较于其他引导设备，能够结合多样感测器并且信息处理性能更加优越的移动式机器人更具发展潜力和市场前景。因此，导盲机器人因运而生，导盲机器人是为视觉障碍者提供环境导引的辅助工具。它属于服务机器人范畴，通过多种传感器对周围环境进行探测，将探测的信息反馈给视觉障碍者，帮助弥补他们视觉信息的缺失。世界上视觉障碍者数量众多，而他们只能用60％的感觉来获取经验。因而设计一款实用的导盲机器人来帮助视觉障碍者是十分重要的。然而，现阶段的导盲机器人大都只能在特定的环境或单一的空间中引导视力障碍者，无法适应环境的转变，缺乏实用性，难以满足社会需求。

通过检索，授权公告号为CN 105796289B的中国专利《导盲机器人》，该发明提供的导盲机器人中，设置有行走驱动装置以及速度传感器；行走驱动装置能够根据速度传感器检测到的盲人的行走速度控制导盲机器人的行走速度，使导盲机器人的行走速度与盲人的行走速度匹配。从而本发明提供的导盲机器人能够很好的适应盲人的行走速度。

但是这种方案存在如下问题：若地面倾斜或存在高度差，传感器难以接收信号，并创建地图，行走地盘难以行走，如果在室内，地面过于光滑或大面积液体污渍覆盖，轮式的行走地盘容易出现原地踏步的现象，影响导盲效果。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明公开了包括机身、设置在所述机身上的行走驱动装置，所述机身包括上机体和下机体；

所述上机体内部设有：

相机模块，用于采集导盲机器人周围的图像；

液体检测分析模块，用于检测路面上被覆盖的液体信息；

路面光滑度检测模块，用于检测路面光滑度信息；

雷达模块，用于感应导盲机器人周围的物体；以及控制单元；

所述行走驱动装置还用于根据雷达装置感应到的物体建立导盲机器人的周围环境地图，并根据所建立的周围环境地图对导盲机器人的行走路线进行控制。

所述雷达模块、相机模块、路面光滑度检测模块以及行走驱动装置的输出端与所述控制单元的输入端电信号连接，所述控制单元的输出端输出控制信号控制导盲机器人的运动；

所述下机体设有若干出风口，该出风口与所述风机连接，该风机位于所述下机体内；所述机体上设有伸缩杆，伸缩杆上端活动设有导盲手柄。

优选地，还包括有环境监测模块，用于检测用户所处环境的温度。

优选地，还包括有语音模块，用于输出提示声音，所述语音模块的输出端连接有扬声器和耳麦。

优选地，还包括有避障模块，所述避障模块用于检测导盲机器人的行进路线上是否有障碍物。

优选地，还包括有速度匹配模块，用于根据语音提醒用户减速或者恢复正常速度时调节导盲机器人的行进速度。

优选地，还包括有电源模块。

优选地，所述导盲手柄处设有加热装置。

优选地，还包括一警报模块、GPS定位模块以及通讯模块，用于根据相机模块采集用户状态，发出警报，并向绑定的手机号码拨打求助电话并发送地理位置信息。

优选地，所述加热器、风机与控制单元电信号连接。

一种导盲方法，其特征在于：所述步骤如下：

S1：确定用户的地理位置信息；环境监测模块判断所处环境的温度，温度低于预设值，启动加热装置；

S2：相机模块获取用户所处环境信息，判断出室内环境或室外环境，并通过语音模块发出语音提示声；

S3：根据雷达模块以及避障模块，判断出预设范围内是否出现障碍物，并规划避障路线；

S4：若相机模块分析出所处环境预设范围内出现液态覆盖面积，采用液体检测分析模块进行分析，当液态覆盖面积的深度≥预设值，和/或当液态覆盖面积＞预设面积，规划避障路线；当液态覆盖面积深度＜预设值，且当液态面积≤预设面积，液体检测分析模块通过探头分析出是否属于水质，若属于水质通过启动风机，进行风干；同时发送信号至语音模块提示用户减速行驶，速度匹配模块控制导盲机器人的速度与用户匹配；非水质，规划避障路线；

S5：当路面光滑度检测模块判断出路面光滑度大于预设值，语音提示用户减速行驶，速度匹配模块控制导盲机器人的速度与用户匹配；

S6：当用户手脱离导盲手柄时，且相机模块判断出用户晕倒时，通过警报装置发出警报，并向绑定的手机号码拨打求助电话并发送地理位置信息以及拍摄到的图片信息。

本发明的有益效果：(1)能够有效避免路面过于光滑或者存在水质覆盖而出现的用户摔倒或者导盲机器人出现原地踏步的现象；(2)能够及时调整机器人的行走速度与用户行走速度匹配；(3)警报装置的设置，当用户出现紧急状态时能及时呼救，更加安全可靠。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明工作流程示意图；

图3是本发明工作原理示意图；

图中，1-上机体，2-行走驱动装置，3-出风口，4-伸缩杆，5-导盲手柄，6-第一摄像头，7-第二摄像头，8第三摄像头，9-下机体。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。

实施例1

如图1所示，一种导盲机器人，包括机身、设置在所述机身上的行走驱动装置2，所述机身包括上机体1和下机体9；本实施例中，上述的行走驱动装置2可以具体为履带式行走底盘，也可以是轮式行走底盘，该行走驱动装置2还包括有速度控制装置，通过控制行走底盘的行走速度从而控制导盲机器人的行走速度，在具体实施时，该速度控制装置可以采用PLC等可编程电路实现，或者也可以由控制器配合相应的软体装置实现。当然在具体实施时，这里的行走驱动装置通过何种方式实现并不会影响本发明的保护范围。

不难理解的是，这里所指的控制导盲机器人的行走速度与用户匹配，具体的，可控制导盲机器人的行走速度与用户行走速度相同或大致相同。

具体实施时，优选地，还包括有速度匹配模块，用于根据语音提醒用户减速或者恢复正常速度时调节导盲机器人的行进速度，该速度匹配模块为一比较电路，接收到速度传感器检测到的用户行走速度和行走底盘的行走速度，将二者的差值输出给速度控制装置，该速度控制装置可调整行走底盘的行走速度使得行走底盘的行走速度与当前用户行走速度相同。

再比如，在具体实施时，速度传感器可以由能够感应人体，并根据人体的实时位置确定人体的速度的装置实现。比如可以由红外传感器配合相应的逻辑电路或者控制器实现，或者也可以由相机模块采集盲人的图像，并进而由逻辑电路或者控制器根据图像确定盲人的行走速度。

所述上机体内部设有：

相机模块，用于采集导盲机器人周围的图像；本实施例相机包括第一摄像头6，朝向用户设置；第二摄像头7，朝向正前方设置；第三摄像头8、第四摄像头，分别位于所述上机体1的两侧；

液体检测分析模块，包括隐藏设置于所述下机体9内部的可伸缩探头并与该探头连接的液体分析仪，用于检测路面上被覆盖的液体信息，同时还可以设置液位感应器，测试被液态覆盖的面积是否存在高度差，即是否存在水坑，若检测出液态覆盖面积的深度大于设置值，规划避障路线；

路面光滑度检测模块，用于检测路面光滑度信息，可以采用光洁度传感器进行测量并传输信号；

雷达模块，用于感应导盲机器人周围的物体；以及控制单元；

所述行走驱动装置还用于根据雷达装置感应到的物体建立导盲机器人的周围环境地图，并根据所建立的周围环境地图，利用现有的A*搜索算法，对导盲机器人的行走路线进行规划并控制。

所述雷达模块、相机模块、路面光滑度检测模块的输出端与所述控制单元的输入端电信号连接，所述控制单元的输出端输出控制信号控制导盲机器人的运动；

所述下机体设有若干出风口3，该出风口3与所述风机连接，该风机位于所述下机体内；所述上机体上设有伸缩杆4，伸缩杆4上端活动设有导盲手柄5。

优选地，还包括有环境监测模块，环境监测模块可以是温度传感器，优选地设置在所述导盲手柄5附近处，用于检测用户所处环境的温度。

优选地，还包括有语音模块，用于输出提示声音；所述语音模块的输出端连接有扬声器和耳麦。

优选地，还包括有避障模块该模块与雷达模块结合使用，更加精准，所述避障模块用于检测导盲机器人的行进路线上是否有障碍物，避障模块通过分布的超声波传感器和红外传感器来获取环境信息。

具体地，还包括一电源模块，电源模块可以是可充电蓄电池。

实施例2

本实施例是在实施例1的基础上做了进一步优化，具体是所述导盲手柄处设有加热装置，本实施例加热装置可以是加热器，该加热器与控制单元连接，能够环境监测模块检测出的实际环境温度，是否启动加热器，避免用户在寒冷的冬天长时间手握导盲手柄出现手部冰冷的现象。

实施例3

本实施例是在实施例2的基础上做出了进一步优化，具体是还包括一警报模块、GPS定位模块以及通讯模块，用于根据相机模块，即通过第一摄像头采集用户状态，发出警报，并向绑定的手机号码拨打求助电话并发送地理位置信息以及第一摄像头采集的图片信息，该通讯模块可以是3G/4G模组，实现与远端的通信。所述模块之间均采用电信号连接，如图3所示。

实施例4

如图2所示，一种导盲方法，所述步骤如下：

S1：确定用户的地理位置信息；环境监测模块判断所处环境的温度，温度低于预设值，启动加热装置；

S2：相机模块获取用户所处环境信息，判断出室内环境或室外环境，并通过语音模块发出语音提示声；

S3：根据雷达模块以及避障模块，判断出预设范围内是否出现障碍物，并规划避障路线；

S4：若相机模块分析出所处环境预设范围内出现液态覆盖面积，采用液体检测分析模块进行分析，当液态覆盖面积的深度≥预设值，和/或当液态覆盖面积＞预设面积，规划避障路线；当液态覆盖面积深度＜预设值，且当液态面积≤预设面积，液体检测分析模块通过探头分析出是否属于水质，若属于水质通过启动风机，进行风干；同时发送信号至语音模块提示用户减速行驶，速度匹配模块控制导盲机器人的速度与用户匹配；非水质，规划避障路线；

S5：当路面光滑度检测模块判断出路面光滑度大于预设值，语音提示用户减速行驶，速度匹配模块控制导盲机器人的速度与用户匹配；

S6：当用户手脱离导盲手柄时，且相机模块判断出用户晕倒时，通过警报装置发出警报，并向绑定的手机号码拨打求助电话并发送地理位置信息以及拍摄到的图片信息。

不难理解的是，在具体实施时，上述的各种可选的实施方式之间不会相互影响。对各个可选的实施方式的任意组合均应该落入本发明的保护范围。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神范围。

Claims (10)

1.一种导盲机器人，其特征在于：包括机身、设置在所述机身上的行走驱动装置(2)，所述机身包括上机体(1)和下机体(9)；

所述上机体(1)内部设有：

相机模块，用于采集导盲机器人周围的图像；

液体检测分析模块，用于检测路面上被覆盖的液体信息；

路面光滑度检测模块，用于检测路面光滑度信息；

雷达模块，用于感应导盲机器人周围的物体；以及控制单元；

所述行走驱动装置(2)还用于根据雷达装置感应到的物体建立导盲机器人的周围环境地图，并根据所建立的周围环境地图对导盲机器人的行走路线进行控制。

所述雷达模块、相机模块、路面光滑度检测模块以及行走驱动装置的输出端与所述控制单元的输入端电信号连接，所述控制单元的输出端输出控制信号控制导盲机器人的运动；

所述下机体(9)设有若干出风口(3)，该出风口(3)与所述风机连接，该风机位于所述下机体(9)内；所述机体上设有伸缩杆(4)，伸缩杆(4)上端活动设有导盲手柄(5)。

2.根据权利要求1所述的一种导盲机器人，其特征在于：还包括有环境监测模块，用于检测用户所处环境的温度。

3.根据权利要求2所述的一种导盲机器人，其特征在于：还包括有语音模块，用于输出提示声音，所述语音模块的输出端连接有扬声器和耳麦。

4.根据权利要求3所述的一种导盲机器人，其特征在于：还包括有避障模块，所述避障模块用于检测导盲机器人的行进路线上是否有障碍物。

5.根据权利要求4所述的一种导盲机器人，其特征在于：还包括有速度匹配模块，用于根据语音提醒用户减速或者恢复正常速度时调节导盲机器人的行进速度。

6.根据权利要求5所述的一种导盲机器人，其特征在于：还包括有电源模块。

7.根据权利要求6所述的一种导盲机器人，其特征在于：所述导盲手柄(5)处设有加热装置。

8.根据权利要求7所述的一种导盲机器人，其特征在于：还包括一警报模块、GPS定位模块以及通讯模块，用于根据相机模块采集用户状态，发出警报，并向绑定的手机号码拨打求助电话并发送地理位置信息。

9.根据权利要求8所述的一种导盲机器人，其特征在于：所述加热装置、风机与控制单元电信号连接。

10.根据权利要求9所述的一种导盲机器人的导盲方法，其特征在于：所述步骤如下：

S1：确定用户的地理位置信息；环境监测模块判断所处环境的温度，温度低于预设值，启动加热装置；

S2：相机模块获取用户所处环境信息，判断出室内环境或室外环境，并通过语音模块发出语音提示声；

S3：根据雷达模块以及避障模块，判断出预设范围内是否出现障碍物，并规划避障路线；

S4：若相机模块分析出所处环境预设范围内出现液态覆盖面积，采用液体检测分析模块进行分析，当液态覆盖面积的深度≥预设值，和/或当液态覆盖面积＞预设面积，规划避障路线；当液态覆盖面积深度＜预设值，且当液态面积≤预设面积，液体检测分析模块通过探头分析出是否属于水质，若属于水质通过启动风机，进行风干；同时发送信号至语音模块提示用户减速行驶，速度匹配模块控制导盲机器人的速度与用户匹配；非水质，规划避障路线；

S5：当路面光滑度检测模块判断出路面光滑度大于预设值，语音提示用户减速行驶，速度匹配模块控制导盲机器人的速度与用户匹配；

S6：当用户手脱离导盲手柄时，且相机模块判断出用户晕倒时，通过警报装置发出警报，并向绑定的手机号码拨打求助电话并发送地理位置信息以及拍摄到的图片信息。