一种导盲杆及其方法与流程

本发明属于智能循迹避障领域，具体涉及一种导盲杆及其方法。

背景技术

目前国内约有500万盲人，占全世界盲人总数的18％。但是目前我国盲人在道路行走上有很大的困难，主要是因为导盲措施的不完善。目前引导盲人行走的方式只有三种传统的手段：引导盲道、引导导盲犬和盲人通过敲击地面得知前方是否有可行路线。虽然传统的方式可以在一定程度上引导盲人行走，但是精确度和可靠性得不到保证且无法告诉盲人前方障碍物的空间分布和距离，使得盲人的行走安全性不高。

发明号为2017171348.9的一种智能导盲拐杖，虽然可以通过超声波对前方障碍物进行测距并及时提醒使用者，但是不能给出具体的避障方案，使得使用者无法及时进行避障，同时，该发明使用语音进行提醒，不能保证在干扰较多的场合下准确地提醒使用者。发明号为201720155780.6的一种智能导盲仪虽然可以实现避障和将自身位置实时发送给家人，但是不能进行循迹，无法实现辅助使用者到达目的地的功能。

技术实现要素：

为了克服上述技术问题，本发明提供了一种导盲杆及其方法，所述导盲杆为智能循迹避障导盲杆，应用所述导盲杆，不仅可以辅助使用者更加准确地避开前方障碍物，而且可以在出发前提前规划好路线的前提下，通过自动循迹功能辅助使用者到达新的目的地。

本发明实现其发明目的所采用的技术方案是：一种导盲杆，包括导盲杆主体壳体、导盲手柄壳体、执行机构、检测机构和电子控制单元；

所述执行机构包括复合直线电机和直线旋转电机；所述复合直线电机安装在导盲手柄壳体内，直线旋转电机安装在导盲杆主体壳体一端内，所述直线旋转电机的输出轴与复合直线电机的机体连接；

所述检测机构包括红外线装置，所述红外线装置安装在导盲杆主体壳体内，红外线装置用于检测障碍物的信息；

所述电子控制单元分别与执行机构和检测机构连接，检测机构将检测的信息传送到电子控制单元，所述电子控制单元根据检测障碍物的信息控制执行机构的工作。

上述方案中，所述红外线装置包括第一红外线装置和第二红外线装置；

所述第一红外线装置安装在导盲杆主体壳体的上部，第一红外线装置用于检测使用者前上方低于其身高的位置是否有障碍物，以及障碍物的高度；

所述第二红外线装置安装在导盲杆主体壳体的下部，第二红外线装置用于检测使用者前方地面是否有障碍物，以及障碍物的高度。

上述方案中，所述执行机构还包括第一旋转电机和第二旋转电机；

所述第一旋转电机安装在导盲杆主体壳体，第一旋转电机的输出轴与第一红外线装置12连接；

所述第二旋转电机安装在导盲杆主体壳体，第二旋转电机的输出轴与第二红外线装置9连接；

所述第一旋转电机和第二旋转电机还分别与电子控制单元连接。

上述方案中，所述检测机构还包括电子罗盘及gps系统总成；

所述电子罗盘及gps系统总成安装在导盲杆主体壳体，用于检测使用者的位置和将要行走的方向，并将检测的信息传送到电子控制单元，所述电子控制单元根据使用者的位置和将要行走的方向控制执行机构的工作。

上述方案中，所述电子控制单元包括输入模块、运算模块、电机控制模块和输出模块；

所述输入模块用于接收检测机构的信息；

所述运算模块用于根据输入模块传输的信息进行分析，运算出执行机构的运动方向，将运算结果传输到电机控制模块；

所述电机控制模块用来接收运算模块的信号并生成指令；

所述输出模块根据信号控制执行机构的工作。

上述方案中，所述电子控制单元还包括蓝牙连接模块；所述蓝牙连接模块用于接收电子设备传输的路线数据，并将路线数据通过输入模块传送到运算模块，所述运算模块根据路线数据、使用者的位置和将要行走的方向进行分析，运算出直线旋转电机的旋转方向，将运算结果传输到电机控制模块；所述电机控制模块用来接收运算模块的信号并生成指令；所述输出模块根据信号控制执行机构的工作。

上述方案中，所述复合直线电机包括至少两个机体连接的直线电机；

两个直线电机的轴在空间上垂直布置，且两个直线电机的轴分别连接竖杆，两个直线电机的机体安装在导盲手柄壳体内，竖杆分别位于导盲手柄壳体圆周设置的通槽。

上述方案中，所述直线旋转电机的输出轴套有橡胶皮套；

所述橡胶皮套的一端通过卡环与导盲手柄壳体连接，所述橡胶皮套的另一端与导盲杆主体壳体的一端连接。

一种所述导盲杆的工作方法，包括避障的步骤：

所述检测机构检测到使用者前方am处是否有高于地面bcm的障碍物或者使用者前上方低于其身高的位置是否有障碍物，并将信息发送到电子控制单元；

当检测到使用者前方am处有高于地面bcm的障碍物，所述电子控制单元控制旋转电机旋转，旋转电机控制检测机构旋转，寻找前方没有高于bcm的障碍物的方向，并将方向结果传送到电子控制单元，电子控制单元控制直线复合电机的轴向左或者向右移动，直至检测机构检测到使用者前方am处没有高于地面bcm的障碍物，电子控制单元控制直线复合电机的轴回到初始位置；如果没有寻找到前方低于bcm的障碍物的方向，检测机构再检测前方的障碍物的高度，并将高度信息传送到电子控制单元，电子控制单元根据障碍物的高度是否高于dcm，如果不高于dcm则控制直线旋转电机的轴向上运动；如果高于dcm则控制直线复合电机中的轴进行向后移动，直至检测机构检测到使用者前方am处的障碍物不高于地面dcm，电子控制单元控制直线复合电机的轴回到初始位置；

当检测到使用者前方am处使用者前上方低于其身高的位置有障碍物，所述电子控制单元控制检测机构旋转，寻找使用者前上方低于其身高的位置没有障碍物的方向，并将方向结果发送到电子控制单元，电子控制单元控制直线复合电机的轴向左或者向右移动，直至检测机构检测到使用者前方am处使用者前上方低于其身高的位置没有障碍物，电子控制单元控制直线复合电机的轴回到初始位置；如果没有寻找到使用者前上方低于其身高的位置没有障碍物的方向，检测机构再检测前上方障碍物低于使用者身高的高度，并将高度信息传送到电子控制单元，电子控制单元根据障碍物低于使用者身高的高度是否超过ecm，如果不超过ecm则控制直线旋转电机的轴向下运动；如果超过ecm，则控制直线复合电机中的轴向后移动，直至检测机构检测到使用者前方am处使用者前上方的障碍物低于其身高不超过dcm，电子控制单元控制直线复合电机的轴回到初始位置。

上述方案中，还包括循迹的步骤：

所述电子控制单元中的蓝牙连接模块与电子设备连接，用于接收电子设备传输的目的地路线数据，电子罗盘及gps系统总成检测使用者的位置，并将位置信息发送到电子控制单元，电子控制单元通过比较预设的路线和使用者此时的位置判断使用者此时是否需要转向，如果需要转向，则控制直线旋转电机旋转，直线旋转电机带动直线复合电机和导盲杆手柄壳体进行旋转，同时电子罗盘及gps系统总成对使用者将要行走的方向进行监控并将信号发送到电子控制单元，当使用者将要行走的方向与预设的路线方向一致时，控制直线旋转电机停止旋转。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明不仅具有现有智能导盲杆的功能，如及时提醒使用者前方有障碍物，还能给使用者指出具体的避障方案，辅助使用者避开障碍物。

2.本发明不使用现有智能导盲杆的语音提醒，改为触觉提醒，使得在干扰较多的场合下，该导盲杆的效用不减少。

3.本发明具有循迹的功能，通过蓝牙连接模块接收电子设备传输的路线数据，在gps和电子罗盘相配合的系统下，使用者可以到达自己不熟悉的地方，同时也可以任意更换目的地。

4.本发明红外线装置可以检测使用者前方是否有高于地面的障碍物或者使用者前上方低于其身高的位置是否有障碍物，且红外线装置通过旋转电机可以旋转，在旋转的角度范围内寻找到前方没有高于一定高度的障碍物的方向，提醒使用者避开障碍物，与现有导盲杆相比，更加智能，功能更加全面，避障效果更好。

附图说明

图1是导盲杆剖视图；

图2是导盲杆外形图；

图3是复合电机图；

图4是导盲杆手柄壳体图；

图5是导盲杆控制结构图；

图6是导盲杆逻辑流程图。

图中，1-橡胶盖板，2-卡环，3-橡胶皮套，4-复合直线电机，5-直线旋转电机，6-第一旋转电机，7-电子罗盘及gps系统总成，8-滚轮，9-第二红外线装置，10-第二旋转电机，11-导盲杆主体壳体，12-第一红外线装置，13-导盲手柄壳体。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1和2所示，本发明所述导盲杆为智能循迹避障导盲杆，包括导盲杆主体壳体11、导盲手柄壳体13、执行机构、检测机构以及电子控制单元。

所述执行机构包括复合直线电机4、直线旋转电机5、第一旋转电机6和第二旋转电机10；所述复合直线电机4安装在导盲手柄壳体13内，直线旋转电机5通过螺钉固定安装在导盲杆主体壳体11的一端；所述直线旋转电机5的输出轴与复合直线电机4的机体焊接；所述检测机构包括红外线装置，所述红外线装置安装在导盲杆主体壳体11内，红外线装置用于检测障碍物的信息；所述第一旋转电机6和第二旋转电机10用于控制红外线装置在一定的范围内旋转。所述电子控制单元分别与执行机构和检测机构连接，检测机构将检测的信息传送到电子控制单元，所述电子控制单元根据检测的信息控制执行机构的工作。

如图3所示，所述复合直线电机4包括至少两个机体连接的直线电机；两个直线电机的轴在空间上垂直布置，且两个直线电机的轴分别连接竖杆，两个直线电机的机体安装在导盲手柄壳体13内，竖杆分别位于导盲手柄壳体13圆周设置的通槽，如图4所示。所述导盲杆手柄壳体13的顶部设有橡胶盖板1，所述橡胶盖板1用于密封导盲杆手柄。

所述直线旋转电机5的输出轴套有橡胶皮套3；所述橡胶皮套3的一端通过卡环2与导盲手柄壳体13连接，卡环2安装在导盲杆手柄壳体13的卡槽中；所述橡胶皮套3的另一端与导盲杆主体壳体11的一端连接，导盲杆主体壳体11的另一端设有滚轮8。所述的卡环2用于保证在与导盲杆主体壳体13中的卡槽装配后复合电机4的旋转运动不会影响导盲杆主体壳体11，同时又能保证直线旋转电机5进行直线运动时，橡胶皮套3也能跟随运动；所述的橡胶皮套3用于连接卡环2与导盲杆主体壳体13起到密封作用。

所述直线复合电机4用于通过两个轴的直线运动指导方向；所述的直线旋转电机5用于控制直线复合电机4的旋转和上下的直线运动；所述的导盲杆手柄壳体13与卡环2连接用于防护直线复合电机4。

所述检测机构包括红外线装置和电子罗盘及gps系统总成7。所述红外线装置安装在导盲杆主体壳体11内，红外线装置用于检测使用者前方有无物障碍物，以及障碍物的高度。所述红外线装置包括第一红外线装置12和第二红外线装置9；所述第一红外线装置12通过螺钉安装在导盲杆主体壳体11的上部，第一红外线装置12用于检测使用者前上方低于其身高的位置是否有障碍物，以及障碍物的高度；所述第二红外线装置9安装在导盲杆主体壳体11的下部，第二红外线装置9用于检测使用者前方地面是否有障碍物，以及障碍物的高度。所述电子罗盘及gps系统总成7安装在导盲杆主体壳体11，用于检测使用者的位置和将要行走的方向，并将检测的信息传送到电子控制单元，所述电子控制单元根据使用者的位置和将要行走的方向控制执行机构的工作。

所述第一旋转电机6通过螺钉安装在导盲杆主体壳体11，第一旋转电机6的输出轴与第一红外线装置12连接；第一红外线装置12由第一旋转电机6带动进行旋转，旋转角度的极限为左右各c度。所述第二旋转电机10通过螺钉安装在导盲杆主体壳体11，第二旋转电机10的输出轴与第二红外线装置9连接；第二红外线装置9由第二旋转电机10带动进行旋转，旋转角度的极限为左右各c度。所述第一旋转电机6和第二旋转电机10还分别与电子控制单元连接。

如图5所示，所述电子控制单元包括蓝牙连接模块、输入模块、运算模块电机控制模块和输出模块。所述蓝牙连接模块用于在行人行走前将导盲杆与电子设备例如手机进行蓝牙连接，并通过蓝牙连接模块接收手机端传输的目的地的路线数据。所述输入模块用于接受蓝牙连接模块传输的路线信息、电子罗盘和gps系统7传输的行人位置和将要行走的方向信息、以及红外线装置传输的扫描范围内是否有障碍物和障碍物的高度信息。所述运算模块用于根据输入模块传输的信息进行分析，并运算出直线复合电机4和直线旋转电机5的运动方式，将运算结果传输到电机控制模块，电机控制模块用来接收运算模块的信号并转换为相关命令；输出模块根据信号控制直线复合电机4、直线旋转电机5、第一旋转电机6和第二旋转电机10工作。

如图6所示，本发明所述导盲杆的工作方法，包括避障的步骤和循迹的步骤。

所述避障的步骤为：

所述检测机构检测到使用者前方am处是否有高于地面bcm的障碍物或者使用者前上方低于其身高的位置是否有障碍物，并将信息发送到电子控制单元；

当检测到使用者前方am处有高于地面bcm的障碍物，所述电子控制单元控制旋转电机旋转，旋转电机控制检测机构旋转，寻找前方没有高于bcm的障碍物的方向，并将方向结果传送到电子控制单元，电子控制单元控制直线复合电机4的轴向左或者向右移动，直至检测机构检测到使用者前方am处没有高于地面bcm的障碍物，电子控制单元控制直线复合电机的轴回到初始位置；如果没有寻找到前方低于bcm的障碍物的方向，检测机构再检测前方的障碍物的高度，并将高度信息传送到电子控制单元，电子控制单元根据障碍物的高度是否高于dcm，如果不高于dcm则控制直线旋转电机5的轴向上运动；如果高于dcm则控制直线复合电机4中的轴进行向后移动，直至检测机构检测到使用者前方am处的障碍物不高于地面dcm，电子控制单元控制直线复合电机的轴回到初始位置；

当检测到使用者前方am处使用者前上方低于其身高的位置有障碍物，所述电子控制单元控制检测机构旋转，寻找使用者前上方低于其身高的位置没有障碍物的方向，并将方向结果发送到电子控制单元，电子控制单元控制直线复合电机4的轴向左或者向右移动，直至检测机构检测到使用者前方am处使用者前上方低于其身高的位置没有障碍物，电子控制单元控制直线复合电机的轴回到初始位置；如果没有寻找到使用者前上方低于其身高的位置没有障碍物的方向，检测机构再检测前上方障碍物低于使用者身高的高度，并将高度信息传送到电子控制单元，电子控制单元根据障碍物低于使用者身高的高度是否超过ecm，如果不超过ecm则控制直线旋转电机5的轴向下运动；如果超过ecm，则控制直线复合电机4中的轴向后移动，直至检测机构检测到使用者前方am处使用者前上方的障碍物低于其身高不超过dcm，电子控制单元控制直线复合电机的轴回到初始位置。

所述循迹的步骤为：

所述电子控制单元中的蓝牙连接模块与电子设备连接，用于接收电子设备传输的目的地路线数据，电子罗盘及gps系统总成7检测使用者的位置，并将位置信息发送到电子控制单元，电子控制单元通过比较预设的路线和使用者此时的位置判断使用者此时是否需要转向，如果需要转向，则控制直线旋转电机5旋转，直线旋转电机5带动直线复合电机4和导盲杆手柄壳体13进行旋转，同时电子罗盘及gps系统总成7对使用者将要行走的方向进行监控并将信号发送到电子控制单元，当使用者将要行走的方向与预设的路线方向一致时，控制直线旋转电机5停止旋转。

本发明所述导盲杆的工作方法一具体的实施方式如下：

盲人在出发之前，通过导盲杆电子控制单元中的蓝牙连接模块将导盲杆与手机进行蓝牙连接，并将目的地输入手机中类似于高德地图的软件，在软件生成相关路线后，将路线通过蓝牙传输加载到导盲杆电子控制单元的输入模块。

盲人在行走时，导盲杆的电子罗盘及gps系统总成7的gps系统时刻检测使用者的位置，并将位置信息发送到导盲杆电子控制单元的输入模块，输入模块再将信息发送到电子控制单元的运算模块；运算模块通过比较预设的路线和使用者此时的位置判断使用者此时是否需要转向，如果需要转向，再运算出直线旋转电机5旋转的方向和使用者需要转动的角度，将信号发送给电子控制单元的电机控制模块，电机控制模块生成相关命令后，将信号发送到输出模块，输出模块向执行机构发出命令控制直线旋转电机5旋转，直线旋转电机5带动直线复合电机4和导盲杆手柄壳体13进行旋转，使用者根据导盲手柄壳体13的旋转方向进行转动，同时电子罗盘及gps系统总成7的电子罗盘对使用者将要行走的方向进行监控并将信号发送到电子控制单元的输入模块，当电子控制单元的运算模块运算得到电子罗盘7检测到使用者将要行走的方向与预设的路线方向一致时，发送停止信号电机控制模块，电机控制模块发送命令到输出模块，输出模块发送命令到执行机构控制直线旋转电机5停止旋转。

当不需要转向时，导盲杆下方的第二红外线装置9时刻检测使用者前方0.5m处是否有高于地面5cm的障碍物，同时导盲杆上方的第一红外线装置12时刻检测前方0.5m处使用者前上方低于其身高的位置是否有障碍物。如果导盲杆下方的第二红外线装置9检测到障碍物后将信息发送到电子控制单元的输入模块，运算模块运算出第二旋转电机10的旋转方向和运算角度后将信号发送到电机控制模块，电机控制模块生成相关命令后将命令发送到输出模块，输出模块控制第二旋转电机10旋转，下方的第二红外线装置9由第二旋转电机10带动进行旋转，旋转角度的极限为左右各45度，在旋转角度范围内寻找到前方没有高于5cm的障碍物的方向后，将方向结果发送到电子控制单元的输入模块。输入模块将信号发送到运算模块，运算模块通过运算计算出直线复合电机4中具体轴的具体移动方向，将信号发送到电机控制模块，电机控制模块生成相关命令后将命令发送到输出模块，输出模块控制直线复合电机4具体轴进行移动，提醒使用者向左或者向右移动，直至下方的第二红外线装置9检测到前方没有高于5cm的障碍物后，将信号发送到电子控制单元的输入模块，输入模块发送信号到运算模块，运算模块生成停止命令，将命令发送到电机控制模块，电机控制模块发送命令到输出模块，输出模块发送命令到执行机构，控制直线复合电机4具体轴回到初始位置。

如果第二红外线装置9在旋转角度范围内没有寻找到前方低于5cm的障碍物的方向，则第一红外线装置12、第二红外线装置9再检测前方的障碍物的高度，将检测结果发送到电子控制单元的输入模块。输入模块将信号发送到运算模块，运算模块计算高度是否高于20cm，如果不高于20cm则生成直线旋转电机5的轴向上运动的命令，将命令发送到电机控制模块，电机控制模块生成相关命令后将命令发送到输出模块，输出模块控制直线旋转电机5的轴进行向上运动，提醒使用者跨过此障碍物；如果高于20cm，运算模块通过运算选择直线复合电机4中具体轴的并生成使其向后移动的命令，将命令发送到电机控制模块，电机控制模块生成相关命令后将命令发送到输出模块，输出模块控制直线复合电机4具体轴进行向后移动，提醒使用者选择其他路径，直至检测机构检测到使用者前方am处的障碍物不高于地面dcm后，将信号发送到电子控制单元的输入模块，输入模块发送信号到运算模块，运算模块生成停止命令，将命令发送到电机控制模块，电机控制模块发送命令到输出模块，输出模块发送命令到执行机构，控制直线复合电机4具体轴回到初始位置。

如果导盲杆上方的第一红外线装置12检测到前方0.5m使用者前上方低于其身高的位置有障碍物，将信息发送到电子控制单元的输入模块，运算模块运算出第一旋转电机6的旋转方向和运算角度后将信号发送到电机控制模块，电机控制模块生成相关命令后将命令发送到输出模块，输出模块控制第一旋转电机6旋转，上方的第一红外线装置12由第一旋转电机6带动进行旋转，旋转角度的极限为左右各45度，在旋转角度范围内寻找到前方没有低于使用者身高障碍物的方向后，将方向结果发送到电子控制单元的输入模块。输入模块将信号发送到运算模块，运算模块通过运算计算出直线复合电机4中具体轴的具体移动方向，将信号发送到电机控制模块，电机控制模块生成相关命令后将命令发送到输出模块，输出模块控制直线复合电机4具体轴进行移动，提醒使用者向左或者向右移动，直至上方的红外线装置12检测到使用者前上方低于其身高的位置没有障碍物后，将信号发送到电子控制单元的输入模块，输入模块发送信号到运算模块，运算模块生成停止命令，将命令发送到电机控制模块，电机控制模块发送命令到输出模块，输出模块发送命令到执行机构，控制直线复合电机4的具体轴回到初始位置。

如果第一红外线装置12在旋转角度范围内没有寻找到使用者前上方低于其身高的位置没有障碍物的方向，则第一红外线装置12、第二红外线装置9再检测前方的障碍物的高度，将检测结果发送到电子控制单元的输入模块。输入模块将信号发送到运算模块，运算模块计算使用者前上方障碍物的高度是否低于其身高的高度不超过20cm，如果不超过20cm则生成直线旋转电机5的轴向下运动的命令，将命令发送到电机控制模块，电机控制模块生成相关命令后将命令发送到输出模块，输出模块控制直线旋转电机5的轴进行向下运动，提醒使用者弯腰避开障碍物，如果超过20cm，运算模块通过运算选择直线复合电机4中具体轴的并生成使其向后移动的命令，将命令发送到电机控制模块，电机控制模块生成相关命令后将命令发送到输出模块，输出模块控制直线复合电机具体轴进行向后移动，提醒使用者选择其他路径，直至检测机构检测到使用者前方am处使用者前上方的障碍物低于其身高不超过dcm后，将信号发送到电子控制单元的输入模块，输入模块发送信号到运算模块，运算模块生成停止命令，将命令发送到电机控制模块，电机控制模块发送命令到输出模块，输出模块发送命令到执行机构，控制直线复合电机4具体轴回到初始位置。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或含在本发明变更均应包含在本发明的保护范围之内。