CN211740235U - 适用于视障群体室内行走路径规划的微型可穿戴式设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种适用于视障群体室内行走路径规划的微型可穿戴式设备，电压转换器将供电端电压进行转换，微型激光雷达的输出端电性连接树莓派主控电路的输入端，并将探测到的模拟量传输至树莓派主控电路中，树莓派主控电路在进行数模转换后，获得建模数据，并将建模数据传输至云平台中，云平台根据建模数据对路径进行规划，再将规划结果传输至树莓派主控电路中，树莓派主控电路根据规划结果建立地图模型。本实用新型依据功能单元‑通道的思想，对室内物体进行建模，同时通过GPS的接收模块与AMCL室内定位的结合，实时获取用户当前位置和目的地位置的信息，经过云平台设计出最优路径，用户可以通过收听语音播报的最优路径进行行走。

Description

适用于视障群体室内行走路径规划的微型可穿戴式设备

技术领域

本实用新型涉及云平台闭环控制***技术领域，尤其涉及一种适用于视障群体室内行走路径规划的微型可穿戴式设备。

背景技术

经统计研究，目前技术上针对于视障人士室外导航的设备比较多，例如市场上比较常见的超声波避障+GPS/北斗导航的方式，在结合路面上的导盲道、公交站、地铁站等公共设施的语音播报***后，视障人士出行的安全性得到了很大的保障。但室内由于缺少导盲道以及公共导盲设施的指引，再加之室内空间结构复杂多样，空间变化也趋向于多层次，从而视障人士在室内行走存在着极大的安全隐患。虽然GPS/北斗导航已经进入大众群体中，人们日常生活中也越来越离不开它，然而GPS导航仍有一个尚未解决的难题，就是室内导航。

针对于视障人士室内行走的导盲技术及设备方法微乎其微，目前针对于视障群体，出现的设备多为室内避障，形式采用超声波避障测距+语音提醒。随着社会的不断发展，超声波作为障碍物探测器呈现出效率低，仅仅有辅助视障人士避障的功能而没有室内行走路径规划的功能。

实用新型内容

实用新型目的：针对视障人士在室内行走不便的问题，本实用新型提出一种适用于视障群体室内行走路径规划的微型可穿戴式设备。

技术方案：为实现本实用新型的目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种适用于视障群体室内行走路径规划的微型可穿戴式设备，所述微型可穿戴式设备包括有电压转换器、微型激光雷达、树莓派主控电路、传输协议、NB-IOT传输模组和云平台，所述电压转换器将供电端电压进行转换，并将所述转换后的电压分别传输至微型激光雷达、树莓派主控电路和NB-IOT传输模组中，所述微型激光雷达的输出端电性连接树莓派主控电路的输入端，并将探测到的模拟量传输至所述树莓派主控电路中，所述树莓派主控电路在将模拟量进行数模转换后，获取得到建模数据，并通过所述 NB-IOT传输模组将建模数据传输至云平台中，同时所述云平台根据建模数据对路径进行规划，再将所述规划结果通过NB-IOT传输模组传输至树莓派主控电路中，所述树莓派主控电路根据规划结果建立地图模型，并通过语音播放行走路径，所述树莓派主控电路和云平台之间通过传输协议进行通信。

进一步地讲，所述微型可穿戴式设备还包括有开关S1和开关S2，所述开关S1电性连接树莓派主控电路，所述开关S2电性连接电压转换器，所述开关S1用于调节语音播放模式，所述语音播放模式包括有扬声器模式和耳机模式，所述开关S2用于控制微型可穿戴式设备的运行状态。

进一步地讲，所述微型可穿戴式设备还包括有反馈电路，所述反馈电路包括有放大器，所述放大器的输入端电性连接云平台，所述放大器的输出信号在回收至放大器的输入端，和所述放大器的输入信号进行比较后，输出有效输入信号，并通过所述NB-IOT 传输模组向树莓派主控电路传输有效输入信号。

进一步地讲，所述建模数据为将微型激光雷达探测到的模拟量，转换为建立的坐标系中的坐标数据，所述微型激光雷达探测到的模拟量为微型激光雷达通过导盲算法实时返回的环境观测数据。

进一步地讲，所述建立的坐标系为以用户所在位置为原点、用户正前方为X轴、左边方向为Y轴、竖直方向为Z轴建立的坐标系。

本实用新型微型可穿戴式设备的工作原理：

S1：所述电压转换器将供电端的电压转换为两个5V电压和两个3.3V电压，并分别给微型激光雷达、树莓派主控电路和NB-IOT传输模组进行供电，所述微型激光雷达将通过导盲算法实时返回的环境观测数据发送至树莓派主控电路中；

S2：所述树莓派主控电路将环境观测数据转换为以用户所在位置为原点、用户正前方为X轴、左边方向为Y轴、竖直方向为Z轴建立的坐标系中的坐标数据，并将所述坐标数据通过NB-IOT传输模组发送至云平台中；

S3：所述云平台根据坐标数据对室内物体建立地图模型，且在用户输入目的地后，根据用户起点位置和目的地，在所述地图模型中规划出行走路径，并将所述行走路径发送至树莓派主控电路中；

S4：所述树莓派主控电路通过语音向用户播报行走路径，同时还会根据用户所在位置，获取用户的实时坐标数据，不断更新所述云平台中用户的坐标数据，并根据所述实时坐标数据判断用户是否偏离所述行走路径，并不断校准。

进一步地讲，所述地图模型使用占据栅格地图进行表示，每个所述栅格均以概率的形式表示被占据的概率。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型的技术方案具有以下有益技术效果：

本实用新型依据功能单元-通道的思想，对室内物体进行建模，并结合相关算法，建立一个适用于视障人士室内导航的原型***，通过GPS的接收模块与AMCL室内定位的结合，实时获取用户当前位置和目的地位置的信息并把信息传送到云平台，进而经过云计算设计出最优路径，用户可以通过收听语音播报的最优路径进行行走。

附图说明

图1是本实用新型对室内环境数据采集过程的示意图；

图2是本实用新型云平台计算后反馈和语音播放过程的示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。其中，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。

实施例1

参考图1和图2，本实施例提供了一种适用于视障群体室内行走路径规划的微型可穿戴式设备，该微型可穿戴式设备包括有电压转换器、微型激光雷达、树莓派主控电路、传输协议、NB-IOT传输模组、云平台、开关S1、开关S2和反馈电路，且电压转换器、微型激光雷达、树莓派主控电路、传输协议、NB-IOT传输模组、云平台、开关S1、开关S2和反馈电路均集成在PCB集成板上。由于PCB集成板是由体积小的贴片式元件组成，从而能够达到集成化、轻巧的目的。进而该微型可穿戴式设备既可以固定在帽子上，也可以固定在用户的背包或者腰部，具有很好的便捷性，不会给用户造成负担。

具体地讲，电压转换器将供电端电压进行转换后，将转换后的电压分别传输至微型激光雷达、树莓派主控电路和NB-IOT传输模组中，为微型激光雷达、树莓派主控电路和NB-IOT传输模组进行供电。

微型激光雷达的输出端电性连接树莓派主控电路的输入端，并将探测到的模拟量传输至树莓派主控电路中，其中探测到的模拟量为微型激光雷达通过导盲算法实时返回的环境观测数据，同时微型激光雷达可探测用户周围12米范围内的所有物件。

树莓派主控电路在接收了传输过来的模拟量后，会将模拟量进行数模转换，获取建模数据，该建模数据为将微型激光雷达探测到的模拟量，转换为建立的坐标系中的坐标数据，该坐标系是微型激光雷达以用户所在位置为原点、用户正前方为X轴、左边方向为Y轴、竖直方向为Z轴建立的坐标系。在本实施例中，树莓派主控电路采用树莓派 3B+板卡，且板卡配备1.4GHz、64位四核Cortex-A53处理器、1GBRAM。

树莓派主控电路在获取了建模数据后，通过NB-IOT传输模组将建模数据传输至云平台中，云平台根据建模数据对路径进行规划，并将规划结果通过NB-IOT传输模组传输至树莓派主控电路中，树莓派主控电路会根据规划结果建立地图模型，并通过语音播放行走路径。在本实施例中，NB-IOT传输模组自带数据传输发射模块，从而信号在室内传播时，不受室内墙壁宽度的限制，且支持联通、移动、电信手机卡***以供数据传输使用。同时云平台为机智云平台，具有云计算的功能，可以为用户规划最优路径。

具体地讲，树莓派主控电路和云平台之间通过传输协议进行通信。

同时在本实施例中，开关S1为按键式开关，电性连接树莓派主控电路，用于调节语音播放模式，其中语音播放模式包括有扬声器模式和耳机模式。

开关S2为设备电源开关，按键面积较大，与开关S1有明显的触摸区别，同时开关S2电性连接电压转换器，可以控制微型可穿戴式设备的运行状态。

其中反馈电路包括有放大器，且放大器的输入端电性连接云平台，输出端电性连接 NB-IOT传输模组。该反馈电路的构成具体为：放大器输出信号的一部分或者全部，均回收至放大器的输入端，并和放大器的输入信号进行比较，也就是相加或者相减，进而得到有效输入信号，从而用该有效输入信号去控制输出。

本实施例提供了一种适用于视障群体室内行走路径规划的微型可穿戴式设备的使用方法，具体包括如下步骤：

步骤S1：电压转换器将供电端的电压转换为两个5V电压和两个3.3V电压，并分别给微型激光雷达、树莓派主控电路和NB-IOT传输模组进行供电，同时微型激光雷达将通过导盲算法实时返回的环境观测数据发送至树莓派主控电路中。

步骤S2：树莓派主控电路将环境观测数据转换为以用户所在位置为原点、用户正前方为X轴、左边方向为Y轴、竖直方向为Z轴建立的坐标系中的坐标数据，并将坐标数据通过NB-IOT传输模组发送至云平台中。

步骤S3：云平台根据坐标数据对室内物体建立地图模型，该地图模型的建立依据功能单元-通道的思想，同时还结合有SLAM算法。

同时地图模型使用占据栅格地图进行表示，每个栅格均以概率的形式表示被占据的概率，从而存储紧凑，适合于对视障群体的路径规划。

地图模型建立后，用户可以语音输入目的地。此时该微型可穿戴式设备会对用户所在位置进行定位，获取其GPS坐标数据，同时还会根据用户起点位置和目的地之间的地理信息，通过调用地图SDK接口里的方法，在地图模型中获取起点位置和目的地的坐标数据，进而在地图模型中规划出行走路径，并将该行走路径发送至树莓派主控电路中。

步骤S4：树莓派主控电路通过语音向用户播报行走路径，同时还会根据用户所在位置，获取用户的实时坐标数据，进而不断更新云平台中用户的坐标数据，并根据该实时坐标数据判断用户是否偏离行走路径，一旦偏离则对用户的行走路径进行更改，从而不断进行校准。

以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构和方法并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种适用于视障群体室内行走路径规划的微型可穿戴式设备，其特征在于，所述微型可穿戴式设备包括有电压转换器、微型激光雷达、树莓派主控电路、传输协议、NB-IOT传输模组和云平台，所述电压转换器将供电端电压进行转换，并将所述转换后的电压分别传输至微型激光雷达、树莓派主控电路和NB-IOT传输模组中，所述微型激光雷达的输出端电性连接树莓派主控电路的输入端，并将探测到的模拟量传输至所述树莓派主控电路中，所述树莓派主控电路在将模拟量进行数模转换后，获取得到建模数据，并通过所述NB-IOT传输模组将建模数据传输至云平台中，同时所述云平台根据建模数据对路径进行规划，再将所述规划结果通过NB-IOT传输模组传输至树莓派主控电路中，所述树莓派主控电路根据规划结果建立地图模型，并通过语音播放行走路径，所述树莓派主控电路和云平台之间通过传输协议进行通信；

所述微型可穿戴式设备还包括有开关S1和开关S2，所述开关S1电性连接树莓派主控电路，所述开关S2电性连接电压转换器，所述开关S1用于调节语音播放模式，所述语音播放模式包括有扬声器模式和耳机模式，所述开关S2用于控制微型可穿戴式设备的运行状态；

所述微型可穿戴式设备还包括有反馈电路，所述反馈电路包括有放大器，所述放大器的输入端电性连接云平台，所述放大器的输出信号在回收至放大器的输入端，和所述放大器的输入信号进行比较后，输出有效输入信号，并通过所述NB-IOT传输模组向树莓派主控电路传输有效输入信号。

2.根据权利要求1所述的一种适用于视障群体室内行走路径规划的微型可穿戴式设备，其特征在于，所述建模数据为将微型激光雷达探测到的模拟量，转换为建立的坐标系中的坐标数据，所述微型激光雷达探测到的模拟量为微型激光雷达通过导盲算法实时返回的环境观测数据。

3.根据权利要求2所述的一种适用于视障群体室内行走路径规划的微型可穿戴式设备，其特征在于，所述建立的坐标系为以用户所在位置为原点、用户正前方为X轴、左边方向为Y轴、竖直方向为Z轴建立的坐标系。

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