盲人穿戴式智能導引器的制造方法
【專利摘要】盲人穿戴式智能導引器，包括障礙測量裝置和障礙提示裝置（5），所述障礙測量裝置包括頭部障礙測量裝置（1）、腿部障礙測量裝置和手腕部障礙測量裝置（2），所述障礙測量裝置和障礙提示裝置（5）為分體式結構，所述障礙提示裝置（5）穿戴于手腕部，所述障礙測量裝置通過無線藍牙組件與所述障礙提示裝置（5）進行數(shù)據(jù)通信。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的有益效果是：本發(fā)明的障礙測量裝置將測距傳感器采集到的前方障礙物距離信息通過無線藍牙組件傳輸給佩戴于手腕部的障礙提示裝置，該障礙提示裝置中的振動器根據(jù)接收到的不同高度、方位和距離的障礙信息分別以不同的振動位置、振動周期和振動強度向使用者發(fā)出振動提示，以引導盲人安全避開障礙物。
【專利說明】盲人穿戴式智能導引器

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及導盲裝置，尤其涉及盲人穿戴式智能導引器。

【背景技術】
[0002]專利號為ZL201220167539.2的中國實用新型專利公開了一種基于無線傳感器網(wǎng)絡的穿戴式導盲裝置，包括頭部檢測裝置、腰部檢測裝置和腿部檢測裝置，各檢測裝置間通過無線傳感器網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)通信。該實用新型克服現(xiàn)有技術存在的技術缺陷和不足，提出一種基于無線傳感器網(wǎng)絡的穿戴式導盲裝置，能夠解放行走過程中視障人員的雙手，能夠全方位的探測視障人員身體周圍的障礙，并且通過振動正確反饋障礙物位置及高度，各個穿戴裝置間使用無線傳感器網(wǎng)絡通信，解決獨立判斷障礙物位置反饋不統(tǒng)一的問題，以及總線式控制的穿戴不便問題，從而保障盲人行走的安全。但該實用新型結構復雜，使用不便，一方面，頭部檢測裝置、腰部檢測裝置和腿部檢測裝置在22個檢測方向設有22個紅外測距單元和22個振動反饋單元，其中振動反饋單元均配置有振動電機，這些振動電機在對頭部、腰部和腿部給予振動警示的同時也使這些身體部位承受著持續(xù)、反復地振動刺激，長此以往，勢必會對穿戴者頭部的大腦、腰部的內臟以及腿部的肌肉造成過度地刺激進而產(chǎn)生疲勞感甚至損傷的不良后果；另一方面，當該實用新型在多個不同方向均出現(xiàn)有振動警示時，會對穿戴者前行方向的正常判斷造成一定的干擾和影響。
[0003]專利號為ZL 201010034146.X的中國發(fā)明專利公開了一種可穿戴式的超聲導盲裝置，包括:多個超聲波收發(fā)單元，用于發(fā)射超聲波和接收被障礙物反射回的超聲回波；多個安裝支架，用于安裝超聲波收發(fā)單元，并佩戴在盲人使用者身體相應部位；步行參數(shù)檢測模塊:用于獲取盲人使用者的步行參數(shù)；路況分析及報警參數(shù)自動調節(jié)模塊，用于判斷前方是否有障礙物以及地面平整度的變化，并通過步行參數(shù)得到當前速度行走時碰到障礙的時間；報警模塊，用于向盲人使用者發(fā)出前方是否有障礙以及相應的警報信息；電源模塊，用于向各模塊供電。該發(fā)明的裝置能夠解放行走過程中盲人的雙手，能夠全方位探測盲人身體前方和地面前方的障礙，并且用代表當前速度行走時碰到障礙時間的音頻信號來進行預警，從而保障盲人的行走安全。但該發(fā)明的報警模塊采用的是報警音頻信號，當穿戴者處于室外相對嘈雜的環(huán)境時，這種報警方式通常會受到較大影響，同時對于一些具有聽力障礙的盲人則不能使用這種語音警示；此外，該發(fā)明的超聲波收發(fā)單元I通過電源線和數(shù)據(jù)線分別與佩戴在盲人腰間的電路盒6中的電源模塊5和路況分析及報警參數(shù)自動調節(jié)模塊3連接，可見，其障礙探測裝置與處理單元和報警模塊通過有線連接進行數(shù)據(jù)通信，這使得穿戴及使用均不方便。


【發(fā)明內容】

為了解決上述現(xiàn)有的穿戴式導盲裝置存在的技術缺陷，本發(fā)明采用的技術方案如下:盲人穿戴式智能導引器，包括障礙測量裝置和障礙提示裝置，所述障礙測量裝置包括頭部障礙測量裝置和腿部障礙測量裝置，還包括手腕部障礙測量裝置，所述障礙測量裝置和障礙提示裝置為分體式結構，所述障礙提示裝置穿戴于手腕部，所述障礙測量裝置通過無線藍牙組件與所述障礙提示裝置進行數(shù)據(jù)通信。
[0004]優(yōu)選的是，所述障礙測量裝置設有測距傳感器、障礙測量MCU和障礙測量藍牙組件，所述測距傳感器和障礙測量藍牙組件分別與障礙測量MCU相連接。
[0005]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述障礙提示裝置設有振動器、障礙提示MCU和障礙提示藍牙組件，所述振動器和障礙提示藍牙組件分別與障礙提示MCU相連接。
[0006]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述腿部障礙測量裝置包括右腿部障礙測量裝置和左腿部障礙測量裝置。
[0007]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述障礙測量裝置和障礙提示裝置分別配置有障礙測量電池和障礙提示電池，所述障礙測量電池與障礙測量MCU相連接，所述障礙提示電池與障礙提示MCU相連接。
[0008]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述測距傳感器采用紅外測距傳感器。
[0009]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述測距傳感器采用超聲波測距傳感器。
[0010]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述測距傳感器采用激光測距傳感器。
[0011]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述測距傳感器采用24GHZ雷達測距傳感器。
[0012]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述24GHZ雷達測距傳感器采用FMCW模式。
[0013]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述FMCW模式采用鋸齒波調制。
[0014]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述FMCW模式采用三角波調制。
[0015]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述障礙測量MCU和障礙提示MCU均采用低功耗MCU。
[0016]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述振動器包括頭部障礙提示振動器、左腿部障礙提示振動器、右腿部障礙提示振動器和腕部障礙提示振動器。
[0017]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述振動器內部配置有微型振動馬達。
[0018]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的有益效果是:本發(fā)明結構簡單，穿戴及使用方便，障礙測量裝置與障礙提示裝置的分體式結構徹底消除了現(xiàn)有技術中振動電機對于佩戴部位即頭部、腰部和腿部所產(chǎn)生的持續(xù)、反復地振動刺激以及由于過度刺激而造成相應身體部位的疲勞感甚至損傷的不良后果；本發(fā)明主要測量穿戴者的行走前進方向的頭部高位、腕部中位以及腿部低位的障礙物信息并發(fā)出振動提示，有效避免了現(xiàn)有技術中由于存在多個不同方向的振動警示而給予穿戴者前行方向的正常判斷上造成的一定干擾和影響；本發(fā)明的障礙測量裝置采用無線藍牙組件將障礙測量結果傳輸給障礙提示裝置；本發(fā)明佩戴在手腕部的障礙提示裝置中所設置的四個振動器分別對應于頭部、腿部及腕部的四個障礙測量裝置，根據(jù)測距傳感器測量的障礙信息方位及距離實時啟動振動器發(fā)出相應地振動提示，使穿戴者通過感知手腕部不同位置的振動器所發(fā)出的不同振動周期和不同振動強度的振動提示信息來準確判斷出不同方位和不同距離的障礙信息，以便及時、安全地避開障礙物，提高行走的安全性；此外，佩戴在手腕部的障礙測量裝置能夠實現(xiàn)自由選擇測量方向的技術效果，使穿戴者更加方便、靈活地進行某一高度和方向的障礙測量；同時，本發(fā)明采用電池供電、低功耗設計，更加節(jié)能環(huán)保。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為按照本發(fā)明的盲人穿戴式智能導引器一優(yōu)選實施例的穿戴示意圖；
圖2為按照本發(fā)明的盲人穿戴式智能導引器的圖1所示實施例的障礙提示裝置的展開示意圖；
圖3為按照本發(fā)明的盲人穿戴式智能導引器的圖1所示實施例的障礙測量裝置的結構框架示意圖；
圖4為按照本發(fā)明的盲人穿戴式智能導引器的圖1所示實施例的障礙提示裝置的結構框架示意圖。
[0020]附圖標記說明:
I頭部障礙測量裝置；2手腕部障礙測量裝置；3右腿部障礙測量裝置；4左腿部障礙測量裝置；5障礙提示裝置；6頭部障礙提示振動器；7左腿部障礙提示振動器；8右腿部障礙提示振動器；9腕部障礙提示振動器；10障礙測量MCU ；11測距傳感器；12障礙測量藍牙組件；13障礙測量電池；14障礙提示MCU ；15障礙提示藍牙組件；16障礙提示電池。

【具體實施方式】
[0021]為了更好地理解本發(fā)明，下面結合具體實施例對本發(fā)明作了詳細說明，但是，顯然可對本發(fā)明進行不同的變型和改型而不超出后附權利要求限定的本發(fā)明更寬的精神和范圍。因此，以下實施例是具有例示性的而沒有限制的含義。
[0022]實施例1:
如圖1-圖4所示，盲人穿戴式智能導引器，包括障礙測量裝置和障礙提示裝置5，所述障礙測量裝置包括頭部障礙測量裝置I和腿部障礙測量裝置，還包括手腕部障礙測量裝置2，所述障礙測量裝置和障礙提示裝置5為分體式結構，所述障礙提示裝置5穿戴于手腕部，所述障礙測量裝置通過無線藍牙組件與所述障礙提示裝置5進行數(shù)據(jù)通信，所述障礙測量裝置設有測距傳感器11、障礙測量MCUlO和障礙測量藍牙組件12，測距傳感器11和障礙測量藍牙組件12分別與障礙測量MCUlO相連接，障礙提示裝置5設有振動器、障礙提示MCU14和障礙提示藍牙組件15，所述振動器和障礙提示藍牙組件15分別與障礙提示MCU14相連接，所述腿部障礙測量裝置包括右腿部障礙測量裝置3和左腿部障礙測量裝置4，所述障礙測量裝置和障礙提示裝置5分別配置有障礙測量電池13和障礙提示電池16，障礙測量電池
13與障礙測量MCUlO相連接，障礙提示電池16與障礙提示MCU14相連接，測距傳感器11采用紅外測距傳感器，障礙測量MCUlO和障礙提示MCU14均采用低功耗MCU，所述振動器包括頭部障礙提示振動器6、左腿部障礙提示振動器7、右腿部障礙提示振動器8和腕部障礙提示振動器9，所述振動器內部配置有微型振動馬達。
[0023]本實施例中的紅外測距傳感器的工作原理:紅外測距傳感器利用紅外信號遇到障礙物的距離不同其反射的強度也不同的原理進行障礙物遠近距離的檢測，紅外測距傳感器具有一對紅外信號發(fā)射與接收二極管，發(fā)射管發(fā)射特定頻率的紅外信號，接收管接收這種頻率的紅外信號，當紅外的檢測方向遇到障礙物時，紅外信號反射回來被接收管接收，然后利用CXD圖像處理接收發(fā)射與接收的時間差的數(shù)據(jù)，經(jīng)信號處理器處理后計算出物體的距離。紅外測距傳感器具有以下特點:1)遠距離測量，在無反光板和反射率低的情況下能測量較遠的距離；2)有同步輸入端，可實現(xiàn)多個傳感器同步測量；3)測量范圍廣，響應時間短；4)外形設計緊湊，易于安裝，便于操作。
[0024]本發(fā)明的工作原理:使用者通過穿戴在頭部、手腕部和腿部的障礙測量裝置中的紅外測距傳感器檢測前方不同高度的障礙物距離信息，同時通過無線藍牙組件將障礙測量信息傳輸至佩戴在手腕部的障礙提示裝置，該障礙提示裝置在四個不同的方位均布有四個振動器，分別是頭部障礙提示振動器6、左腿部障礙提示振動器7、右腿部障礙提示振動器8和腕部障礙提示振動器9，使穿戴者可以區(qū)分出振動器的振動提示是來自于不同部位的障礙測量裝置的障礙信息，所述四個振動器分別對應于頭部障礙測量裝置1、左腿部障礙測量裝置4、右腿部障礙測量裝置3、手腕部障礙測量裝置2，所述障礙提示裝置通過無線藍牙組件接收障礙測量信息并驅動相應的振動器中的微型振動馬達產(chǎn)生振動，從而提示盲人前方障礙物的高度、方位和距離信息，其中手腕部障礙測量裝置2設為自由測量裝置，佩戴者可以根據(jù)自身需要控制測量方向，提示裝置通過不同的振動器、不同的振動周期以及不同的振動強度用以表征不同方位和不同距離的障礙信息，當障礙物距離穿戴者越近的時候，振動器的振動周期越短、振動強度越大，僅以頭部障礙測量裝置為例，當頭部障礙提示振動器6發(fā)出振動提示時即表示頭部障礙測量裝置檢測到前方在頭部高度的前方存在障礙物，當振動器每秒振動I次且振動強度屬于輕度時即表示該障礙物位于使用者前方1.5米的距離；當振動器每秒振動2次且振動強度屬于中度時即表示該障礙物位于使用者前方I米的距離；當振動器每秒振動5次且振動強度屬于重度時即表示該障礙物位于使用者前方0.5米的距離。
[0025]實施例2:
盲人穿戴式智能導引器，與實施例1相似，所不同的是，測距傳感器11采用超聲波測距傳感器。
[0026]本實施例中的超聲波測距傳感器包括超聲波探頭，其主要由壓電晶片組成，既可以發(fā)射超聲波，也可以接收超聲波。小功率超聲探頭多作探測作用。它有許多不同的結構，可分直探頭(縱波)、斜探頭(橫波)、表面波探頭(表面波)、蘭姆波探頭(蘭姆波)、雙探頭(一個探頭反射、一個探頭接收)等。超聲波傳感器的設計原理是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波是一種振動頻率高于聲波的機械波，由換能晶片在電壓的激勵下發(fā)生振動產(chǎn)生的，它具有頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點。超聲波對液體、固體的穿透本領很大，尤其是在陽光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。超聲波碰到雜質或分界面會產(chǎn)生顯著反射形成反射成回波，碰到活動物體能產(chǎn)生多普勒效應。完成超聲波檢測功能的裝置就是超聲波傳感器，習慣上稱為超聲換能器或者超聲探頭。超聲波傳感器的主要性能指標:超聲探頭的核心是其塑料外套或者金屬外套中的一塊壓電晶片。構成晶片的材料可以有許多種，晶片的大小，如直徑和厚度也各不相同。超聲波傳感器的主要性能指標包括:(1)工作頻率:工作頻率就是壓電晶片的共振頻率。當加到它兩端的交流電壓的頻率和晶片的共振頻率相等時，輸出的能量最大，靈敏度也最高。(2)工作溫度:由于壓電材料的居里點一般比較高，特別是診斷用超聲波探頭的使用功率較小，所以工作溫度比較低，可以長時間地工作而不產(chǎn)生失效。而用于醫(yī)療的超聲探頭的溫度則比較高，需要單獨的制冷設備。(3)靈敏度:主要取決于制造晶片本身，機電耦合系數(shù)大，靈敏度高；反之則靈敏度低。
[0027]超聲測距傳感器的原理:超聲測距傳感器由發(fā)送傳感器(或稱波發(fā)送器)、接收傳感器(或稱波接收器)、控制部分和電源部分組成。發(fā)送器傳感器由發(fā)送器和使用直徑為15mm左右的陶瓷振子換能器組成，換能器作用是將陶瓷振子的電振動能量轉換成超聲波能量并向空中輻射；而接收傳感器由陶瓷振子換能器和放大電路組成，換能器接收波產(chǎn)生機械振動，將其變換成電能量，作為傳感器接收器的輸出，從而對發(fā)送的超聲波進行檢測?？刂撇糠种饕獙Πl(fā)送器發(fā)出的脈沖鏈頻率、占空比及稀疏調制和計數(shù)及探測距離等進行控制。
[0028]實施例3:
盲人穿戴式智能導引器，與實施例1相似，所不同的是，測距傳感器11采用激光測距傳感器。
[0029]本實施例中的激光測距傳感器的工作原理是:先由激光二極管對準目標發(fā)射激光脈沖，經(jīng)目標反射后激光向各方向散射，部分散射光返回到傳感器接收器，被光學系統(tǒng)接收后成像到雪崩光電二極管上，雪崩光電二極管是一種內部具有放大功能的光學傳感器，因此它能檢測極其微弱的光信號，記錄并處理從光脈沖發(fā)出到返回被接收所經(jīng)歷的時間，即可測定目標距離。激光測距傳感器的基本組成是激光器、成像物鏡、光電位敏接收器、信號處理機測量結果顯示系統(tǒng)。激光束在被測物體表面上形成一個亮的光斑，成像物鏡將該光斑成像到光敏接收器的光敏上，產(chǎn)生探測其敏感面上光斑位置的電信號。當被測物體移動時，其表面上光斑相對成像物鏡的位置發(fā)生改變，相應地成像點在光敏器件上的位置也要發(fā)生變化，由目標反射回來的光線通過接收鏡頭組并聚焦于(XD，傳感器使用CXD上的所有光點的光量分布來決定光點的中心，并以此作為目標物位置。CCD檢測出光點對每一像素的光量分布峰值并將其識別為目標物位置，不管光點的光量分布如何，CCD都能做穩(wěn)定的高精度位移測量。激光傳感器必須極其精確地測定傳輸時間，因為光速太快。如，光速約為3X108m/s，要想使分辨率達到1mm，則測距傳感器的電子電路必須能分辨出以下極短的時間:0.001m(3X108m/s)=3ps,要分辨出3ps的時間,這是對電子技術提出的過高要求,實現(xiàn)起來造價太高。如今的激光傳感器巧妙地避開了這一障礙，利用一種簡單的統(tǒng)計學原理，即平均法則實現(xiàn)了 Imm的分辨率，并且能保證響應速度。遠距離激光測距儀在工作時向目標射出一束很細的激光，由光電元件接收目標反射的激光束，計時器測定激光束從發(fā)射到接收的時間，計算出從觀測者到目標的距離；LED白光測速儀成像在儀表內部集成電路芯片CCD上，CXD芯片性能穩(wěn)定，工作壽命長，且基本不受工作環(huán)境和溫度的影響。因此，LED白光測速儀測量精度有保證，性能穩(wěn)定可靠。激光測距傳感器的特點有:測量范圍廣，響應速度快；遠距離測量無需反光板；測量精度高、量程大；905納米安全激光對人眼無傷害；體積小，安裝、調試方便；在線式連續(xù)測量達到無人值守連續(xù)監(jiān)測。
[0030]實施例4:
盲人穿戴式智能導引器，與實施例1相似，所不同的是，測距傳感器11采用24GHZ雷達測距傳感器，所述24GHZ雷達測距傳感器采用FMCW模式，所述FMCW模式采用鋸齒波調制。
[0031]實施例5:
盲人穿戴式智能導引器，與實施例1相似，所不同的是，測距傳感器11采用24GHZ雷達測距傳感器，所述24GHZ雷達測距傳感器采用FMCW模式，所述FMCW模式采用三角波調制。
【權利要求】
1.盲人穿戴式智能導引器，包括障礙測量裝置和障礙提示裝置(5)，所述障礙測量裝置包括頭部障礙測量裝置(I)和腿部障礙測量裝置，其特征在于，還包括手腕部障礙測量裝置(2)，所述障礙測量裝置和障礙提示裝置(5)為分體式結構，所述障礙提示裝置(5)穿戴于手腕部，所述障礙測量裝置通過無線藍牙組件與所述障礙提示裝置(5)進行數(shù)據(jù)通信。
2.如權利要求1所述的盲人穿戴式智能導引器，其特征在于，所述障礙測量裝置設有測距傳感器(11 )、障礙測量MCU (10)和障礙測量藍牙組件(12)，測距傳感器(11)和障礙測量藍牙組件(12)分別與障礙測量MCU (10)相連接。
3.如權利要求1所述的盲人穿戴式智能導引器，其特征在于，障礙提示裝置(5)設有振動器、障礙提示MCU (14)和障礙提示藍牙組件(15)，所述振動器和障礙提示藍牙組件(15)分別與障礙提示MCU (14)相連接。
4.如權利要求1所述的盲人穿戴式智能導引器，其特征在于，所述腿部障礙測量裝置包括右腿部障礙測量裝置(3 )和左腿部障礙測量裝置(4 )。
5.如權利要求1所述的盲人穿戴式智能導引器，其特征在于，所述障礙測量裝置和障礙提示裝置(5)分別配置有障礙測量電池(13)和障礙提示電池(16)，障礙測量電池(13)與障礙測量MCU (10)相連接，障礙提示電池(16)與障礙提示MCU (14)相連接。
6.如權利要求2所述的盲人穿戴式智能導引器，其特征在于，測距傳感器(11)采用紅外測距傳感器。
7.如權利要求2所述的盲人穿戴式智能導引器，其特征在于，測距傳感器(11)采用超聲波測距傳感器。
8.如權利要求2所述的盲人穿戴式智能導引器，其特征在于，測距傳感器(11)采用激光測距傳感器。
9.如權利要求2所述的盲人穿戴式智能導引器，其特征在于，測距傳感器(11)采用24GHZ雷達測距傳感器。
10.如權利要求9所述的盲人穿戴式智能導引器，其特征在于，所述24GHZ雷達測距傳感器采用FMCW模式。
【文檔編號】A61H3/06GK104287947SQ201410595455
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月30日 優(yōu)先權日:2014年10月30日
【發(fā)明者】邵明剛, 杭和平, 李月琴, 沈晉慧 申請人:北京聯(lián)合大學