一种电子导盲推车及导盲方法与流程

本发明涉及一种导盲设备，尤其是一种电子导盲推车。

背景技术：

传统的导盲方法只有盲杖和导盲犬，迄今为止世界上还没有一种能够实现安全引导盲人走路的实用的电子导盲设备。

2005年，日本一家公司发明了前额导盲仪，利用微摄像头拍摄失明者前方信息，拍摄到的影像信息被传送到微电脑里。微电脑先将影像轮廓线条数据化，然后把这些数据转换为电子脉冲信号，脉冲信号会从使用者前额部位装载的数百个电极处输出。使用者通过前额的触觉感知这些输出信号，进而在大脑中形成对物体轮廓线条的认知。实际上，其发明者也毫不讳言这种设备的局限。它携带的摄像头要在光线充足的地方才能捕捉到影像，因此在光线很暗的房间或夜晚街灯不够明亮的道路上无法使用。夏天炎热的天气里，前额出汗时，脉冲信号的刺激会变弱，甚至没有，只有将汗水擦干才能使用。因此，前额导盲仪并不适合需要剧烈运动的失明者。而且，最重要的是，前额导盲仪不能感知地面的障碍物和凹凸不平，从而不能实用地导盲。

国外已投入生产的舌头导盲仪则是通过一个安装在太阳镜上的微型摄像头拍摄使用者眼前的影像，影像信息传递到一个手动控制器上，控制器先把这些信息转变为低像素的黑白灰画面，再转换为对应的电子脉冲信号。此时，“再造画面”的脉冲信号通过电极传感器刺激舌头，脉冲强度根据影像黑白两色决定——白色会有强烈脉冲信号，黑色则没有脉冲信号。电极传感器约有400个触头，脉冲信号刺激舌头并通过神经传递至大脑，大脑的“视觉区域”会帮助还原画面中影像的轮廓。这样，失明人士就可以通过舌头感觉到不同的电脉冲刺激，“看”到一些东西。不过，对舌头导盲仪能起到的作用，有专家质疑说，如果使用者在走动时，可能会影响舌头触觉的感知功能，因此在日常生活中尚难以应用。而且它同样不能感知地面的障碍物和凹凸不平，从而也不能实用地导盲。

目前国内外有很多利用电子测距装置的导盲设备专利，但大多是遵循可穿戴设备的思路，没有一个是将测距装置安装在手推车上的，不能探知路面状况，不具有实用性，所以至今没有一种投入使用的能够安全引导盲人走路的电子导盲设备。

技术实现要素：

为解决现有技术中可穿戴式导盲产品设计不能有效解决感知地面状况的问题，本发明提供了一种电子导盲推车及导盲方法，是通过将电子测距装置与手推车结合，使盲人感知障碍物的距离、路况和地面的凹凸，从而引导盲人走路，从而真正达到实用。

本发明目的是通过以下技术方案来实现的：

一种电子导盲推车，包括：手推车、测距装置和摄像头；

所述的手推车包括车体，车体的下端设置有三个车轮，三个车轮成品字排布，前车轮为万向轮；车体上设置有高度可调的立杆，立杆的上端部设置有探头盒和把手；车轮包括同轴设置的滚筒和轮胎，轮胎设置在滚筒的中部，且轮胎的直径大于滚筒的直径；

所述的测距装置包括多个测距探头，测距探头分为上探头、下探头和地面探头；上探头设置在探头盒上以探测盲人上半身前方的障碍物；下探头和地面探头设置在车体前端，分别检测车体前方障碍物和地面的凹陷；

所述的摄像头设置在探头盒前端；

所述的手推车上设置有用于提醒盲人的提示装置，提示装置与测距装置、摄像头电连接。

所述的提示装置为喇叭，两个喇叭安装车体底座后方两侧，两个喇叭安装在探头盒后方两侧，四个喇叭形成环绕立体声布置；测距装置探测障碍物距离，摄像头拍摄图像后经过图像识别障碍物类型，喇叭语音播报障碍物和地面的凹陷的类型、方位及距离。

所述的提示装置为电动针状阵列装置，电动针状阵列装置安装在把手上，用不同的针、不同程度的伸缩刺激盲人手掌皮肤来向盲人表达不同方位的障碍物的距离。

所述的测距装置为超声波测距探头、电磁波测距探头或激光测距探头；使用超声波测距探头时，每层探头设置五个；使用电磁波或激光测距探头时，每层一个旋转探头连续扫描。

上探头的探测覆盖角度为前方180°的扇形面；下探头的探测覆盖角度为前方180°的扇形面；地面探头的探测覆盖角度为斜下方180°的扇形面。

所述的车体底面前部设置有两个裸露的电极，两个电极连接报警电路，当两个电极导通时，报警电路通过喇叭报警。

所述的探头盒顶端安装有旋转灯；立杆正上方设置有横梁，便于盲人将车提起来；把手为“U”型，与横梁形成“口”字型结构；把手有橡胶防滑套；两个后轮设置有刹车装置，把手上设置有与刹车装置配套的手刹；所述的车体内设置有给电子设备提供电能的蓄电池，蓄电池通过充电接口充电或由车轮带动发电机自行给蓄电池充电。

所述的把手能够向后下方折叠，立杆能够向前上方折叠。

一种电子导盲推车的导盲方法，包括以下步骤：

测距装置探测手推车前方障碍物距离，具体为：上探头探测盲人上半身前方的障碍物距离，下探头检测车体前方障碍物，地面探头检测车体前方地面的凹陷；

摄像头拍摄手推车前方图像后识别障碍物类型；

喇叭通过语音同时播报障碍物和地面凹陷的类型、方位及距离；告知检测方位的方法为：上探头、下探头和地面探头由不同的喇叭且不同的音色播报，上探头测距值由上喇叭发音，地面探头测距值由下喇叭发音，下探头测距值由上下喇叭发出立体声；对应的三个探头的测距值，正左方向的测距值由对应的左喇叭发音，正右方向的测距值由对应的右喇叭发音，正前、左前、右前方向的测距值由对应的左右喇叭发音的时间差反映其角度；

或者把手上安装电动针状阵列装置通过不同的针、不同程度的伸缩刺激盲人手掌皮肤来向盲人表达不同方位的障碍物的距离。

进一步地，上下探头检测车体前方障碍物远距离时，对应喇叭每间隔2s发音一次，距离越近时发音频率越高，近距离时每间隔0.5s发音一次；最近距离时变成连续音；地面探头检测地面凹陷5cm以内时不发声，地面凹陷为6-10cm、11-15cm、16-20cm分别用不同音调，地面凹陷超过20cm以上时发出尖锐的警告蜂鸣音并且用尖锐的人声报告。

相对于现有技术，本发明具有以下优点：

本发明电子导盲推车主要通过将电子测距装置和摄像头安装在特制的手推车上，测距装置的探头传感器采集的测距信息通过控制器转化成语音或蜂鸣音或其它感官刺激信号将测距值告知盲人；电子测距装置可感知盲人身体前方、侧方的障碍物的距离和路面的凹凸状况，通过控制器转化成语音或蜂鸣音或其它感官刺激信号将测距值告知盲人。摄像头拍摄图像后经过图像识别障碍物类型，最后通过喇叭语音播报障碍物和地面的凹陷的类型、方位及距离，从而帮助盲人知道障碍物的距离、路况和地面的凹凸，从而引导盲人走路。是继盲杖、导盲犬之后第三种可以引导盲人走路的导盲物，也是一种可以投入实用的电子导盲设备。

进一步，滚筒为圆柱体，圆柱腰部为直径更大的轮胎，地面出现小的凸凹时，盲人可通过滚筒和轮胎的颠簸感知。

进一步，多个探头传感器均匀分布，可以覆盖检测正前方的所有方位，将检测误差做到最小。

进一步，通过设置与报警电路连接的电极，可以实时检测地面是否有积水区，及时提醒使用者。

进一步，把手和立杆能够折叠，方便不使用时的携带。推车把手和立杆高度可调，不同身高的成人与儿童都可用。

本发明的导盲方法通过测距装置探测手推车前方障碍物距离，摄像头拍摄手推车前方图像后识别障碍物类型；喇叭通过语音同时播报障碍物和地面凹陷的类型、方位及距离；可以使盲人知道障碍物的距离、路况和地面的凹凸，从而引导盲人走路。通过四个方位的喇叭构成立体声，进行不同方位的播报，提醒盲人对障碍物方位的判断。也可以在把手(4)上安装电动针状阵列装置，用不同的针、不同程度的伸缩刺激盲人手掌皮肤来向盲人表达不同方位的障碍物的距离。

【附图说明】

图1为本发明电子导盲推车的主视图(人站立方向)；

图2为本发明电子导盲推车的后视图(手推车的前方)；

图3为本发明电子导盲推车的右视图；

图4为本发明电子导盲推车的俯视图；

图5为本发明电子导盲推车的仰视图；

其中：1、车轮，2、车体，3、立杆，4、把手，5、探头盒，6、轮胎，7、滚筒。

【具体实施方式】

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细阐述，但本发明不限于该实施例。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选施例中详细说明具体的细节。

如图1至5所示，本发明一种电子导盲推车，本发明产品设计主要是把测距装置和摄像头安装在手推车上，测距装置探测障碍物距离，摄像头拍摄图像后经过图像识别软件识别障碍物类型，用语音播报障碍物和地面大的凹陷的类型、方位、距离。手推车车轮1感知地面小的凸凹产生颠簸来对盲人进行预警。测距装置可采用超声波测距、电磁波测距、激光测距中的任何一种，能够实现使用要求即可。

具体的，本发明产品整体外形是一个三轮手推车，宽约30cm，一个前轮为万向轮。三个车轮1形状、尺寸一致。每个车轮1由两部分组成：滚筒7和轮胎6。单个车轮的形状为圆柱体的滚筒7，滚筒7腰部有凸起的橡胶环状轮胎6，滚筒7为圆柱体，材质为塑料表面覆橡胶，直径约11cm，柱高约15cm，圆柱腰部为直径更大的轮胎6，轮胎6直径约15cm，宽约3cm。轮胎6为橡胶材料，减震、静音、耐磨性较好。后轮轮距(两个滚筒内侧距离)约15cm。三个滚筒7品字排布，共可覆盖盲人脚步前行路线约45cm宽度。地面出现小的凸凹时，盲人可通过滚筒7和轮胎6的颠簸感知。地面平整时仅有轮胎6接触地面，可减小触地面积，从而减少阻力。在保证车身稳定的前提下，前后轮的轴距不要太大。两个后车轮1有刹车装置，手刹安装在把手4上。推车把手4高度可调，最高距地面约120cm。成人与儿童都可用。

本发明手推车的车体2有充电接口，可充电，配备220V充电器。还可以由车轮1带动发电机自行给蓄电池充电，电机功率略大于产品功耗。电源为手推车上的电子设备提供电源。

为解决遇到地面有积水的提示，车体2底面前部距地面2cm有两个裸露的电极，如果地面水深超过2cm时，水接通电路，喇叭会发出专用的报警音：“地面有水”。

如图3、图4和图5所示，测距装置包括多个测距探头，测距探头分为三层：上层、下层、地面层。测距距离约为1-400cm，测距误差不大于10cm。面向前方共覆盖180度扇形。

如果使用超声波测距：每层5个探头。每个探头探测角度约为45°，5个探头分别探测正前、左前45°、右前45°、正左、正右方向的距离。

如果使用电磁波或激光测距：每层一个旋转探头进行180°扇形连续扫描。

车体2底座上安装两层探头，分别检测下层前方障碍物和地面大的凹陷。障碍物探头探测角度下缘与地面平行，可探测高于地面约5cm的障碍。地面探头朝向斜下方，地面凹陷约5cm以上时报警。

上探头安装在人体腰部高度的探头盒5上，可探测盲人上半身前方的障碍物，垂直方向与底层探头探测范围基本相接，上方可覆盖190cm的高度。

车体2底座后方、面向盲人安装两个喇叭，探头盒5后方、面向盲人安装两个喇叭，四个喇叭用立体声提示音告知盲人某个方向的距离。三层共15个探头报告距离的声音都不同，同时用上下左右的立体声告知检测方位。具体的告知检测方位的方法：正左方向的测距值由左喇叭发音，正右方向的测距值由右喇叭发音，正前、左前、右前方向的测距值由左右喇叭发音的时间差(即立体声)反映其角度。上方测距值由上喇叭发音，地面凹陷测距值由下喇叭发音，下方测距值由上下喇叭发出立体声。喇叭音量可调，音量旋钮也是测距仪开关钮。喇叭的最大音量应当在嘈杂的环境中可以听清。测距装置、摄像头、喇叭与主机电连接；主机设置在探头盒5或车体2上。

也可以在把手上安装电动针状阵列装置，用不同的针、不同程度的伸缩刺激盲人手掌皮肤来向盲人表达不同方位的障碍物的距离。

另外，探头盒5顶端可安装一个类似于警灯的小旋转灯，用于提醒行人和车辆避让，警灯有开关。

立杆3正上方有横梁，便于盲人将车提起来。把手4为“U”型，与横梁形成约30*45cm的“口”字型。(盲人身体在车后方一段距离，以避免行走时脚碰到车后轮，而且车轮1反映地面的小凹凸后，盲人做出动作调整需要一定的时间提前量)。把手4有橡胶防滑套。把手4可向后下方折叠。车身的立杆3可向前上方折叠。

上探头高度跟随把手4和立杆3高度调节。立杆3上下层中间可以放一个置物袋。立杆3上平行固定一个可收缩盲杖。车体2为塑料或金属外壳。车横杆、立杆3为金属材质。探头盒5设置一个手机音频输入接口和一个音频输出接口。

下面具体给出几种实施例，对本发明做进一步说明：

实施例1

将超声波测距装置安装在手推车上，通过控制器将测距值转化成语音或蜂鸣音或电动针状阵列的伸缩刺激盲人手掌皮肤来向盲人表达不同方位的障碍物的距离。通过特制车轮感知地面的凹凸。

实施例2

将激光测距装置安装在手推车上，通过控制器将测距值转化成语音或蜂鸣音或电动针状阵列的伸缩刺激盲人手掌皮肤来向盲人表达不同方位的障碍物的距离。通过特制车轮感知地面的凹凸。

实施例3

将电磁波测距装置安装在手推车上，通过控制器将测距值转化成语音或蜂鸣音或电动针状阵列的伸缩刺激盲人手掌皮肤来向盲人表达不同方位的障碍物的距离。通过特制车轮感知地面的凹凸。

探头盒5左侧有一个测距提示音选择开关，有3种方式可选：人声、蜂鸣音或二者同时发音。播报方式为：障碍物+方位+距离。

1.人声：5个方向用5个不同的人声(音色)。发音设计应尽量减少字数。

下探头：远距离时每约2s发音一次，距离越近时发音频率越高，近距离时约每0.5s发音一次。发音报告测距值以分米为单位，如“一”表示0.1米，“二三”表示2.3米。4米以上不发音。

上探头：音色与下探头不同，且报告测距值数字前加“上”字，如“上一、“上二三”。

地面探头：音色与上下探头不同，且报告测距cm数字前加“地”字，如“地一”、“地二三”。地面凹陷5cm以内时不发声，凹陷20cm以上时发出尖锐的警告蜂鸣音并且用尖锐的人声报告，如：“危险！地二”。

图像识别：涵盖前方180度、4米之内的以下类型，并以语音播报：成人、小孩、狗、猫、动物；大车、小车、三轮车、两轮车；路、走廊、平地、草地、水面；树、草、灯杆、柱子、墙；上道沿、下道沿、上一层台阶、上多层台阶、下一层台阶、下多层台阶、电梯、上手扶电梯、下手扶电梯；井、坑、沟。其它不能识别的可用“障碍物”概括。

语音播报时应将所识别的图像与其距离结合同时播报，如“成人二三”、“墙一零”。

2.蜂鸣音：三层探头用3个不同的音色，5个方向用5个不同的音调。

上下探头：远距离时每约2s发音一次，距离越近时发音频率越高，最近距离时变成连续音。

地面探头：地面凹陷5cm以内时不发声，6-10cm、11-15cm、16-20cm分别用不同音调，凹陷20cm以上时发出尖锐的警告蜂鸣音并且用尖锐的人声报告，如：“危险！地二”。

声音反馈速度应满足正常步速使用要求。

每次开机进行自检，如发现某个探头损坏则发音警告：“有故障，请检查。”

有一个求助音开关，打开时可重复发出人声：“你好，可以帮助我吗？”预设男女老少多种音色可选。在盲人需要过马路时或其它意外情况时，可用于向他人求助。

电子测距导盲车(不考虑图像识别)常见地面及障碍物种类及其判断方法如下：

上道沿或一级台阶：接近时，上探头测距值不变，下探头测距值逐渐减小。测距值为几厘米时，盲人压低车把手抬起前轮，下探头测距值大于400，地面探头报告正常测距值，可知是道沿。将前轮搭在道沿上向前推，然后提起后轮搭在道沿上，迈步上道沿。如果抬起前轮，地面探头报告测距值很大，则道沿另一侧下面是深坑。导盲仪会发出警报。

下道沿或一级台阶：到达边缘时，地面探头开始报告正常测距值，可知是道沿。盲人将车前推，将前轮沉放地面，下探头和地面探头均报告正常测距值，可知前方地面安全。将后轮沉放地面，测距值正常，可知前方地面安全。迈步下道沿。

上多级台阶：接近时，上下探头测距值同步逐渐减小。测距值为几厘米时，盲人压低车把手抬起前轮，地面探头报告正常测距值，增加前轮抬起角度，下探头测距值逐步增大，可知是多级台阶。将前轮搭在台阶上向前推，然后提起后轮搭上台阶，如此反复，可用前后轮和探头知道前面台阶状况，迈步上台阶。

下多级台阶：到达边缘时，地面探头开始报告正常测距值，可知是台阶。依次反复将前后轮沉放，迈步下台阶，可用前后轮和探头知道前面台阶状况。

上陡坡：接近时，上下探头均报出不同但数字接近的测距值并同时逐渐减小。上坡时，探头探测数值与平地相同。

下陡坡：到坡边缘时，地面探头报告正常测距值。下坡时，探头探测数值与平地相同。

小的凸起：高度5cm之内的砖头、石头等，探头可能不能探知，前轮或后轮轧到凸起时被抬高，盲人通过车身的震动和把手的后倾得知凸起的大概位置，迈步时避开凸起或小心探步前行。高度2cm之内的凸起不会对脚步产生大的影响。

小的凹陷：深度5cm之内的小坑，探头可能不能探知，前轮或后轮会沉降，盲人通过车身的震动和把手的前倾得知凹陷的大概位置，迈步时避开凹陷或小心探步前行。

无盖的井：下探头测距值超过20cm会突然发出尖锐的警告蜂鸣音并且用尖锐的人声报告，如：“危险！地一百二”。盲人止步，听所警告的方位，然后左右旋转车身，再听下探头的测距值，可知安全位置。后撤两步，转向安全角度通过。

大坑或沟渠：地面探头测距值超过20cm会突然发出尖锐的警告蜂鸣音并且用尖锐的人声报告，如：“危险！地一百二”。盲人止步，听所警告的方位，然后左右旋转车身，再听下探头的测距值，如果前方180度左右都报告危险的测距值，则左右转90度行走并远离大坑或沟渠的边缘。

平行于凹陷的边沿行走：如道沿、台阶、沟渠等的边沿，一侧的地面探头会报出测距值，且测距值大于20时会报警，盲人及时转向另一侧行走，远离边缘。

人行道至路口需转向：盲人在人行道上行至路口时，地面探头探知道沿，将车转向90度，探知前方为平地，继续沿人行道行走。

过马路：盲人不要在非路口横穿有车的马路。在路口要过马路时必须开启求助音开关：“你好，可以帮助我吗？”征求他人辅助过马路。

人行道被占用或无人行道、人车混行的马路：路边为道沿、墙、绿化树、停在路边的车辆等，保持右侧下探头测距值为10cm左右，可保持沿路边直线行走，避免走到路中间遭遇危险。如果马路外侧为平坦的草地或土地，盲人可通过车轮1和脚感知其地貌，调整角度走回道路。

景观草地上的间隔石板路：由于车轮1直径较大，多数可通过，如果前轮被绊住，则抬起前轮，推车前行。

草地：推车阻力增大，用脚可知是草地。

不平整的土地：车身会颠簸，某处凸起可能会绊住前轮，抬起前轮可行。

泥地、沙地、石子地：阻力会增大。有的地面可能不能推车前行，应绕行。

沼泽和流沙：可能导致盲人深陷，不能自拔。亲友应保证盲人不会踏入这种危险地形。

电梯：通过电梯门的声音和探头的测距值变化可知电梯开门，通过探头的测距值可知电梯里是否有人或有人出来。前方无障碍时可进入电梯。

滚动电梯：到达电梯口附近时，可通过探头知道扶手位置，从而将车对准电梯口正中，车轮1被电梯拉向前行，脚步跟随。到达出口时，车身姿态变平，阻力增大，推车前行。

地铁：到达站台，开启求助音：“你好，可以帮助我吗？”征求他人辅助上下地铁。

走廊：通过探头感知两侧墙面距离，保持直线行走，侧方探距增大时，可知到达转弯处。

柱子、电线杆：同一方向的上下探头测距基本一致，左右转动车身，通过不同的探头报告测距值可知柱子直径，和绕行路线。

防停车地桩：铁桩、石墩、塑胶桶桩等。上探头未探知，下层3个探头报障碍，猜测可能是地桩，推车接近至10-20cm，左右旋转车身可找到地桩的间隙，间隙大于车身宽度时可通过。

树枝低垂的树：接近时，一个下探头和多个上探头报告障碍物，猜测可能是树。旋转车身可知路况，选择低头通过或者绕行。

拥挤的人流：通过环境声音可知周围有人流。测距值高频变动，可知行人接近或远离。通过导盲仪发出声光警告他人避让，缓慢前行，正前方有障碍时调整车身前行角度绕行。

以上，仅为本发明的较佳实施例，并非仅限于本发明的实施范围，凡依本发明专利范围的内容所做的等效变化和修饰，都应为本发明的技术范畴。