一种精确反馈障碍物距离和方向的盲人避障导航方法
【专利摘要】本发明涉及一种精确反馈障碍物距离和方向的盲人避障导航方法，包括分别在拐杖上设置可随拐杖转动的信号采集装置、电机振动装置、语音提示装置，在所述信号采集装置与电机振动装置以及语音提示装置间设置数据处理电路，用于接受所述采集信号，将所述采集信号经过数据处理电路中设定的步骤形成控制信号，再将所述控制信号对应地传输至所述电机振动装置以及语音提示装置。有益效果为：通过利用单片机工作单元控制两个超声波传感器，实时采集障碍物与超声波传感器之间的距离，并控制语音提示装置来反馈障碍物与盲人之间具体的距离和方向，同时利用电机振动装置反馈障碍物与盲人大致的距离和方向，从而为盲人行进过程中提供辅助导航。
【专利说明】一种精确反馈障碍物距离和方向的盲人避障导航方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及盲人避障导航【技术领域】，尤其涉及一种精确反馈障碍物距离和方向的盲人避障导航方法。
【背景技术】[0002]盲人作为社会上的一个特殊群体，需要社会给予他们更多的关怀和照顾，使他们能够更好地独立生活。据《全国防盲治盲规划(2006~2010年)》提供的数据，我国现有盲人约500万，低视力人口约710万。面对如此之大的盲人群体，复杂多变的交通情况,各种导航方法应运而生。目前主要的导航方法应用于盲人拐杖是通过拐杖上的超声波检测模块发送超声波信号，当超声波检测模块接收到返回超声波信号时判断盲人正前方一定距离内存在障碍物，然后通过声音信号将障碍物信息反馈给盲人。由此可见目前的导航方法只能检测盲人正前方的障碍物，而对于盲人左前方或者右前方的障碍物却无法检测；此外，目前的检测方法只能大概检测障碍物的距离，而不能检测障碍物的方向，而且单纯的通过声音信号进行反馈容易受到周围环境噪声的影响。
【发明内容】
[0003]本发明目的在于克服以上现有技术之不足，提供一种精确反馈障碍物距离和方向的盲人避障导航方法，具体有以下技术方案实现:
[0004]所述精确反馈障碍物距离和方向的盲人避障导航方法，用于盲人拐杖，所述方法包括:
[0005]在拐杖上设置可随拐杖转动的信号采集装置，用于输出采集信号；
[0006]在拐杖上设置电机振动装置以及语音提示装置，用于向拐杖使用者发送存在障碍物的提示信息与拐杖姿态信息；
[0007]在所述信号采集装置与电机振动装置以及语音提示装置间设置数据处理电路，用于接受所述采集信号，将所述采集信号经过数据处理电路中设定的步骤进行处理得到障碍物相对于拐杖的方向以及距离参数，并根据所述参数形成对应的控制信号，再将所述控制信号对应地传输至所述电机振动装置以及语音提示装置。
[0008]所述精确反馈障碍物距离和方向的盲人避障导航方法进一步设计在于，所述信号采集模块采用两超声波传感器，所述两超声波传感器分别设置于拐杖的同一高度位置的两侧。
[0009]所述精确反馈障碍物距离和方向的盲人避障导航方法进一步设计在于，所述两个超声波传感器通过一个支架与拐杖连接，所述支架设有若干个用于卡接超声波传感器的卡槽。
[0010]所述精确反馈障碍物距离和方向的盲人避障导航方法进一步设计在于，所述数据处理电路中设定的步骤包括:
[0011]I)对拐杖姿态进行校验，若校验通过向使用者发送拐杖准备工作的姿态信息，[0012]并转至步骤2);若校验不通过则向使用者发送拐杖姿态异常信息；
[0013]2)对障碍物距离进行初步判断，通过信号采集装置测取障碍物分别与第一超声波传感器以及第二超声波传感器间的距离S1、S2,并设定一阈值T，若S1≥T或S2≥T时，则数据处理电路处于等待状态< 1'且& < T时，转至步骤3)，其中S1、S2, T的单位设定为米，T不小于10 ；
[0014]3)对障碍物进行精确定位，以Sp S2以及两超声波传感器的间距d所对应的线段围成一三角形，通过三角形中线定理计算所述间距d所对应的线段的中点O距障碍物的间
距z，
【权利要求】
1.一种精确反馈障碍物距离和方向的盲人避障导航方法，用于盲人拐杖，其特征在于所述方法包括: 在拐杖上设置可随拐杖转动的信号采集装置，用于输出采集信号； 在拐杖上设置电机振动装置以及语音提示装置，用于向拐杖使用者发送存在障碍物的提示信息与拐杖姿态信息； 在所述信号采集装置与电机振动装置以及语音提示装置间设置数据处理电路，用于接受所述采集信号，将所述采集信号经过数据处理电路中设定的步骤进行处理得到障碍物相对于拐杖的方向以及距离参数，并根据所述参数形成对应的控制信号，再将所述控制信号对应地传输至所述电机振动装置以及语音提示装置。
2.根据权利要求1所述的精确反馈障碍物距离和方向的盲人避障导航方法，其特征在于所述信号采集模块采用两超声波传感器，所述两超声波传感器分别设置于拐杖的同一高度位置的两侧。
3.根据权利要求2所述的精确反馈障碍物距离和方向的盲人避障导航方法，其特征在于所述两个超声波传感器通过一个支架与拐杖连接，所述支架铰接于所述拐杖杆身，并设有若干个用于卡接超声波传感器的卡槽。
4.根据权利要求2所述的精确反馈障碍物距离和方向的盲人避障导航方法，其特征在于所述数据处理电路中设定的步骤包括: 1)对拐杖姿态进行校验，若校验通过向使用者发送拐杖准备工作的姿态信息， 并转至步骤2);若校验不通过则向使用者发送拐杖姿态异常信息； 2)对障碍物距离进行初步判断，通过信号采集装置测取障碍物分别与第一超声波传感器以及第二超声波传感器间的距离SpS2,并设定一阈值T，若S1≥T或S2≥T时，则数据处理电路处于等待状态；若S1 < T且S2 < T时，转至步骤3)，其中Sp S2、T的单位设定为米，T不小于10 ； 3)对障碍物进行精确定位，以SpS2以及两超声波传感器的间距d所对应的线段围成一三角形，通过三角形中线定理计算所述间距d所对应的线段的中点O距障碍物的间距z，
5.根据权利要求4所述的精确反馈障碍物距离和方向的盲人避障导航方法，其特征在于所述步骤I)中对拐杖姿态状态进行校验，当数据处理电路检测到信号采集装置输出的采集信号后，若 Sjd > S2 且 SjS2 > d 且 s2+d > S1 且 IS1-S21 < d 且 I S1-Ci I < S2 且 I s2-d< S1，则数据处理电路向电机振动装置以及语音提示装置输出对应的第一控制信号，提示使用者需要调整拐杖的姿态；否则，所述数据处理电路向电机振动装置以及语音提示装置输出对应的第二控制信号，提示 使用者拐杖准备开始工作并转至所述步骤2)。
6.根据权利要求5所述的精确反馈障碍物距离和方向的盲人避障导航方法，其特征在于所述电机振动装置采用九个振动电机，并按3行、3列排成矩阵形式，并用Bu表示第i行第j个电机，每个电机与所述数据处理电路通信连接，其中，i=l,2,3, j=l，2，3。
7.根据权利要求6所述的精确反馈障碍物距离和方向的盲人避障导航方法，其特征在于所述设定的工作模式包括: 若95。< α <180°，则数据处理电路控制&1、821、812、822、833五个电机振动若干秒钟，形成指向左前方向的箭头，根据距离ζ的值控制振动电机的转速； 若85°≤α≤95°，则数据处理电路控制Β12、Β21、Β22、Β23、Β32五个电机振动若干秒钟，形成指示正前方向的箭头，根据距离ζ的值控制振动电机的转速； 若0° < α≤85°，则数据处理电路控制Β13、Β12、Β23、Β22、Β31五个电机振动若干秒钟，形成指示右前方向的箭头，根据距离z的值控制振动电机的转速。
8.根据权利要求7所述的精确反馈障碍物距离和方向的盲人避障导航方法，其特征在于根据距离ζ的值控制振动电机的转速，如下: 若6.6 < z< 10，则数据处理电路控制电机转速为2000转/分钟； 若3.3 < z< 6.6，则数据处理电路控制电机转速为3000转/分钟； 若O < z < 3.3，则数据处理电路控制电机转速为4000转/分钟。
9.根据权利要求7所述的精确反馈障碍物距离和方向的盲人避障导航方法，其特征在于所述数据处理电路采用双单片机的工作单元，分别为第一单片机工作单元与第二工作单元，第一单片机工作单元用于接收所述采集信号并形成障碍物相对于拐杖的方向以及距离参数；第二单片机工作单元用于根据所述参数形成对应控制信号，并传输至所述信号采集装置与电机振动装置以及语音提示装置。
10.根据权利要求7所述的精确反馈障碍物距离和方向的盲人避障导航方法，其特征在于在数据处理电路中设置一无线收发模块，用于所述第一单片机工作单元与第二单片机工作单元的数据传输。
【文档编号】A61H3/06GK103876908SQ201410132632
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年4月3日 优先权日:2014年4月3日
【发明者】孙伟, 金炎, 张小瑞, 唐慧强, 孙仲, 黄昆, 曹燚, 张瑾 申请人:南京信息工程大学