本發(fā)明涉及輔助行走設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種避障裝置。

背景技術(shù)：

人類對外界環(huán)境信息的獲取很大一部分來自視覺系統(tǒng)，視覺缺失和視力殘疾給盲人和視障患者在生活上帶來極大的困難，尤其是對安全行走極具挑戰(zhàn)性。

為了幫助盲人行走，先后出現(xiàn)輔助盲人行走的工具，例如經(jīng)過特殊培訓(xùn)的導(dǎo)盲手杖、導(dǎo)盲犬，但是基于通過導(dǎo)盲手杖來探知障礙物信息的方法效率低下且耗費(fèi)體力，而導(dǎo)盲犬訓(xùn)練周期和適應(yīng)期較長、成本較高，使用并不普遍。

近年來，隨著電子結(jié)合導(dǎo)航服務(wù)等相關(guān)技術(shù)，出現(xiàn)了利用gps技術(shù)、超聲波、紅外、激光、攝像頭等傳感器研發(fā)的一系列的穿戴式設(shè)備，例如導(dǎo)盲腰帶、盲人安全帽等。導(dǎo)盲腰帶諸如feelspace智能腰帶通過手機(jī)導(dǎo)航應(yīng)用提供方位，佩戴者身體腰帶的前、后、左、右某個方向發(fā)生震動，指引用戶行走的方向。但feelspace智能腰帶主要使用gps技術(shù)，對于實(shí)時障礙物的檢測能力缺失。盲人安全帽諸如cloudmind導(dǎo)盲頭盔通過攝像頭裝置捕獲到使用者與前方障礙物的距離，當(dāng)距離障礙物一定距離時以警報(bào)提醒用戶。但cloudmind導(dǎo)盲頭盔需要非常高規(guī)格的處理單元和圖像采樣裝置來實(shí)現(xiàn)圖像檢測功能，對于入門用戶較難接受，且圖像識別的錯誤率可能成為問題。

基于超聲波、激光、紅外線技術(shù)實(shí)現(xiàn)的避障功能，只能檢測一定方向或高度上障礙物，而通過雙攝像頭采集圖像以獲取物體與攝像頭距離的方法計(jì)算復(fù)雜度高，資源消耗量大，難以實(shí)時地提供準(zhǔn)確的提示。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種避障裝置，以彌補(bǔ)現(xiàn)有避障方式存在的不足。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種避障裝置，所述避障裝置包括：

至少一佩戴單元，用于根據(jù)用戶的自然擺動信息獲得用戶周邊的障礙物空間中的采樣點(diǎn)位置信息以構(gòu)建用戶周邊的障礙物空間分布模型，并根據(jù)所述障礙物空間分布模型引導(dǎo)用戶的行進(jìn)方向。

可選的，在所述的避障裝置中，每個佩戴單元均包括：

一超聲波檢測模塊，用于發(fā)射超聲波信號，并根據(jù)所述超聲波信號獲得用戶周邊障礙物相對超聲波檢測模塊的方向和距離；

一重力傳感器，用于獲得所述超聲波檢測模塊相對地面的傾斜角度；

一陀螺儀，用于獲得所述超聲波檢測模塊相對于用戶行進(jìn)前方的旋轉(zhuǎn)角度；

一處理模塊，用于根據(jù)障礙物相對超聲波檢測模塊的方向和距離、超聲波檢測模塊相對地面的傾斜角度和超聲波檢測模塊相對于用戶行進(jìn)前方的旋轉(zhuǎn)角度，獲得用戶周邊的障礙物空間中的采樣點(diǎn)位置信息，根據(jù)采樣點(diǎn)位置信息構(gòu)建障礙物空間分布模型，并根據(jù)所述障礙物空間分布模型判定用戶是否可沿當(dāng)前行進(jìn)方向繼續(xù)行進(jìn)；以及

一提示模塊，用于根據(jù)所述處理模塊的判定結(jié)果反饋對應(yīng)提示信息給用戶。

可選的，在所述的避障裝置中，所述提示模塊為蜂鳴器，在所述處理模塊判定用戶不可沿當(dāng)前行進(jìn)方向繼續(xù)行進(jìn)時，所述蜂鳴器反饋的提示信息為聲音信號；反之，所述蜂鳴器反饋的提示信息為靜音信號。

可選的，在所述的避障裝置中，所述提示模塊為振動器，在所述處理模塊判定用戶不可沿當(dāng)前行進(jìn)方向繼續(xù)行進(jìn)時，所述振動器反饋的提示信息為振動信號；反之，所述振動器反饋的提示信息為靜音信號。

可選的，在所述的避障裝置中，所述佩戴單元的數(shù)量為兩個，兩個提示模塊均為振動器時，兩個佩戴單元根據(jù)所述障礙物空間分布模型引導(dǎo)用戶的行進(jìn)方向包括情況為：

佩戴于左手臂上的佩戴單元的提示模塊反饋振動信號，佩戴于右手臂上的佩戴單元的提示模塊反饋靜音信號時，引導(dǎo)用戶向右轉(zhuǎn)直至兩個佩戴單元的提示模塊均反饋靜音信號為止，用戶沿當(dāng)前方向行進(jìn)；

佩戴于右手臂上的佩戴單元的提示模塊反饋振動信號，佩戴于左手臂上的佩戴單元的提示模塊反饋靜音信號時，引導(dǎo)用戶向左轉(zhuǎn)直至兩個佩戴單元的提示模塊均反饋靜音信號為止，用戶沿當(dāng)前方向行進(jìn)；

佩戴于左手臂上的佩戴單元的提示模塊反饋靜音信號，佩戴于右手臂上的佩戴單元的提示模塊反饋靜音信號時，引導(dǎo)用戶沿當(dāng)前行進(jìn)方向行進(jìn)；或

佩戴于左手臂上的佩戴單元的提示模塊反饋振動信號，佩戴于右手臂上的佩戴單元的提示模塊反饋振動信號時，引導(dǎo)用戶沿任一佩戴單元的振動停止所在的方向行進(jìn)。

可選的，在所述的避障裝置中，所述提示模塊判定用戶是否可沿當(dāng)前行進(jìn)方向繼續(xù)行進(jìn)的過程包括：

根據(jù)所述障礙物空間分布模型獲取的判定信息；

將判定信息與判斷閾值進(jìn)行比較；當(dāng)判定信息超過判定閾值，則用戶不能沿當(dāng)前行進(jìn)方向繼續(xù)行進(jìn)；反之，則用戶能沿當(dāng)前行進(jìn)方向繼續(xù)行進(jìn)。

可選的，在所述的避障裝置中，所述判定信息為缺口的高度。

可選的，在所述的避障裝置中，所述判定閾值根據(jù)用戶的自身情況進(jìn)行設(shè)定。

可選的，在所述的避障裝置中，所述佩戴單元的數(shù)量為兩個時，兩個佩戴單元中的超聲波檢測模塊和處理模塊采用ble、zigbee或wifi進(jìn)行無線通信。

可選的，在所述的避障裝置中，每個佩戴單元被佩戴于用戶的一個手臂和/或腰胯部位上。

可選的，在所述的避障裝置中，所述用戶的自然擺動信息包括手臂的擺動位置信息和/或腰胯部位的擺動位置信息。

在本發(fā)明所提供的避障裝置中，所述避障裝置包括至少一佩戴單元，所述佩戴單元用于根據(jù)用戶的自然擺動信息獲得用戶周邊的障礙物空間中的采樣點(diǎn)位置信息以構(gòu)建用戶周邊的障礙物空間分布模型，并根據(jù)所述障礙物空間分布模型引導(dǎo)用戶的行進(jìn)方向。本發(fā)明的避障裝置充分利用了人體運(yùn)動的工學(xué)特征，用戶行走時用戶自然擺動的關(guān)節(jié)與水平面形成一定的夾角，擴(kuò)大了佩戴單元中超聲波檢測模塊的散射角，減少了其在水平與垂直方向上的探測盲區(qū)，能夠在更大范圍進(jìn)行檢測，拉近了對用戶周圍障礙物的檢測距離，提高了避障裝置的性能。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一實(shí)施例中佩戴單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明一實(shí)施例中避障裝置的工作原理圖。

圖1中：佩戴單元-1；超聲波檢測模塊-10；重力傳感器-11；陀螺儀-12；處理模塊-13；提示模塊-14。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明提出的避障裝置作進(jìn)一步詳細(xì)說明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。

本實(shí)施例中避障裝置包括：至少一佩戴單元，用于根據(jù)用戶的自然擺動信息獲得用戶周邊的障礙物空間中的采樣點(diǎn)位置信息以構(gòu)建用戶周邊的障礙物空間分布模型，并根據(jù)所述障礙物空間分布模型引導(dǎo)用戶的行進(jìn)方向。優(yōu)選的，每個佩戴單元被佩戴于用戶的手臂上和/或腰胯部位，所述用戶的自然擺動信息包括手臂的擺動位置信息和/或腰胯部位的擺動位置信息。

請參考圖1，其為本發(fā)明的佩戴單元的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，所述佩戴單元1包括一超聲波檢測模塊10、一重力傳感器11、一陀螺儀12、一處理模塊13及一提示模塊14，所述超聲波檢測模塊10用于發(fā)射超聲波信號，并根據(jù)所述超聲波信號獲得用戶周邊障礙物相對超聲波檢測模塊10的方向和距離；所述重力傳感器11用于獲得所述超聲波檢測模塊10相對地面的傾斜角度；所述陀螺儀12用于獲得所述超聲波檢測模塊10相對于用戶行進(jìn)前方的旋轉(zhuǎn)角度；所述處理模塊13用于根據(jù)障礙物相對超聲波檢測模塊10的方向和距離、超聲波檢測模塊10相對地面的傾斜角度和超聲波檢測模塊10相對于用戶行進(jìn)前方的旋轉(zhuǎn)角度，獲得用戶周邊的障礙物空間中的采樣點(diǎn)位置信息，根據(jù)采樣點(diǎn)位置信息構(gòu)建障礙物空間分布模型，并根據(jù)所述障礙物空間分布模型判定用戶是否可沿當(dāng)前行進(jìn)方向繼續(xù)行進(jìn)；所述提示模塊14用于根據(jù)所述處理模塊13的判定結(jié)果反饋對應(yīng)提示信息給用戶。

實(shí)際上，超聲波檢測模塊發(fā)射的超聲波信號散射角度是有限的，但是由于佩戴單元佩戴的位置為用戶行走存在自然擺動的位置(例如手臂和/或腰胯部位)，使得超聲波檢測模塊在用戶行走時佩戴位置呈自然擺動以與水平面形成一定的夾角從而擴(kuò)大了超聲波信號散射角度。依次，無需設(shè)置過多超聲波檢測模塊，每個佩戴單元僅需要一個超聲波檢測模塊即可滿足檢測的需求，降低了功耗及成本。

具體的，所述提示模塊14判定用戶是否可沿當(dāng)前行進(jìn)方向繼續(xù)行進(jìn)的過程包括如下步驟：

s10：根據(jù)所述障礙物空間分布模型獲取的判定信息；

s11：將判定信息與判斷閾值進(jìn)行比較；當(dāng)判定信息超過判定閾值，則用戶不能沿當(dāng)前行進(jìn)方向繼續(xù)行進(jìn)；反之，則用戶能沿當(dāng)前行進(jìn)方向繼續(xù)行進(jìn)；其中，所述判定信息為缺口的高度；所述判定閾值根據(jù)用戶的自身情況進(jìn)行設(shè)定。

在本實(shí)施例中，所述提示模塊為振動器，在所述處理模塊判定用戶不可沿當(dāng)前行進(jìn)方向繼續(xù)行進(jìn)時，所述振動器反饋的提示信息為振動信號；反之，所述振動器反饋的提示信息為靜音信號。例如，當(dāng)用戶的左手臂和右手臂均佩戴有佩戴單元時，兩個佩戴單元中的超聲波檢測模塊采用ble、zigbee或wifi進(jìn)行無線通信，兩個佩戴單元中的處理模塊采用ble、zigbee或wifi進(jìn)行無線通信。

若用戶感受到其中一個佩戴單元存在震動感時(此時佩戴單元的提示模塊處于振動狀態(tài))，則該佩戴單元所在的手臂一側(cè)的前方存在障礙物，用戶可以選擇另一佩戴單元所在的手臂一側(cè)的前方行進(jìn)。具體情況包括：佩戴于左手臂上的佩戴單元的提示模塊反饋振動信號，佩戴于右手臂上的佩戴單元的提示模塊反饋靜音信號時，引導(dǎo)用戶向右轉(zhuǎn)直至兩個佩戴單元的提示模塊均反饋靜音信號為止，用戶沿當(dāng)前方向行進(jìn)；佩戴于右手臂上的佩戴單元的提示模塊反饋振動信號，佩戴于左手臂上的佩戴單元的提示模塊反饋靜音信號時，引導(dǎo)用戶向左轉(zhuǎn)直至兩個佩戴單元的提示模塊均反饋靜音信號為止，用戶沿當(dāng)前方向行進(jìn)。

當(dāng)用戶未感受到兩個佩戴單元存在震動感時，即佩戴于左手臂上的佩戴單元的提示模塊反饋靜音信號，佩戴于右手臂上的佩戴單元的提示模塊反饋靜音信號時，引導(dǎo)用戶沿當(dāng)前行進(jìn)方向行進(jìn)。

當(dāng)用戶感受到兩個佩戴單元均存在震動感時，則需要進(jìn)一步檢測，可以通過將手伸至前方輕度搖擺的方式，當(dāng)其中一佩戴單元的振動停止時，引導(dǎo)用戶沿佩戴單元的振動停止所在的方向行進(jìn)。

在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，所述提示模塊還可以為蜂鳴器，在所述處理模塊判定用戶不可沿當(dāng)前行進(jìn)方向繼續(xù)行進(jìn)時，所述蜂鳴器反饋的提示信息為聲音信號；反之，所述蜂鳴器反饋的提示信息為靜音信號。用戶根據(jù)聲音信號來判斷用戶周圍的環(huán)境情況，以決定接下來行進(jìn)的方向，有效避開障礙物，保證用戶的安全。

請參考圖2理解本發(fā)明避障裝置的工作原理，通過陀螺儀和重力傳感器貢獻(xiàn)的數(shù)據(jù)可以計(jì)算出超聲波檢測模塊的空間指向，之后將超聲波檢測模塊的空間指向結(jié)合超聲波檢測模塊上報(bào)的用戶周邊障礙物相對超聲波模塊的方向和距離構(gòu)建障礙物空間分布模型，從而判斷用戶是否可沿當(dāng)前行進(jìn)方向繼續(xù)行進(jìn)(即能安全避障)，若不能，則提示模塊輸出第一提示信息(對應(yīng)可以提醒用戶加以注意的信息，例如當(dāng)提示模塊為振動器時，第一提示信息對應(yīng)振動信號，使用戶感受到震感)；若能，則提示模塊輸出第二提示信息(例如當(dāng)提示模塊為振動器時，第二提示信息對應(yīng)靜音信號，使用戶不會感受到震感)，并繼續(xù)監(jiān)測超聲波檢測模塊的空間指向，實(shí)時獲知用戶當(dāng)前行進(jìn)方向是否存在風(fēng)險(xiǎn)，從而及時避障。

為了較好的理解本發(fā)明的避障裝置的輸出結(jié)果，下面舉例說明。假設(shè)在用戶前進(jìn)方向上采樣點(diǎn)r的空間分布中，用戶當(dāng)前的行進(jìn)方向存在一個超過1m寬，2.5m高的缺口，且該缺口內(nèi)沒有超過1cm高的點(diǎn)集，此時，則認(rèn)為用戶在當(dāng)前的行進(jìn)方向是可通行的。若該缺口在用戶的左前方，而右邊是封住的，則此時右手臂佩戴的佩戴單元會發(fā)出第一提示信息，左手臂佩戴的佩戴單元會發(fā)出第二提示信息，從而引導(dǎo)用戶左轉(zhuǎn)行進(jìn)，直至方向正確為止。

綜上，以佩戴單元被佩戴于用戶的手臂上和腰胯部位為例，本發(fā)明所提供的避障裝置具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1)本發(fā)明的避障裝置的佩戴單元被佩戴于用戶的手臂上，在用戶做出伸手動作的過程中將增大避障檢測的覆蓋范圍，同時可以支持用戶主動檢測某個精確位置的障礙物情況。

2)利用本發(fā)明的避障裝置過程中，充分利用了人體運(yùn)動的工學(xué)特征，用戶行走時手臂以及腰胯部位呈自然擺動以與水平面形成一定的夾角，擴(kuò)大了佩戴單元中超聲波檢測模塊的散射角，減少了其在水平與垂直方向上的探測盲區(qū)，能夠在更大范圍進(jìn)行檢測，拉近了對用戶周圍障礙物的檢測距離，提高了構(gòu)建的障礙物空間分布模型的精準(zhǔn)度，為準(zhǔn)確避障奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3)本發(fā)明的避障裝置不局限于雙手模式(即左右手臂都佩戴有佩戴單元)，也適用于單手模式(僅左手臂或右手臂佩戴佩戴單元)，雖然單手模式相比雙手模式會導(dǎo)致檢測范圍的部分降低，但是仍然具備較大的角度，可以被應(yīng)用在普通視力者視角受限的情況，如低頭使用手機(jī)，打傘遮住視線等情況。

上述描述僅是對本發(fā)明較佳實(shí)施例的描述，并非對本發(fā)明范圍的任何限定，本發(fā)明領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)上述揭示內(nèi)容做的任何變更、修飾，均屬于權(quán)利要求書的保護(hù)范圍。