脚穿式障碍检测设备以及对应的方法和计算机程序产品技术

一种用于检测障碍的设备(10)，该设备(10)可由对象(18)穿戴在脚(19)上，特别是集成在可由对象(18)穿戴的鞋类物品(30)中，前述设备(10)包括：至少一个超声源(12T)，用于发射超声发射信号(UT)；超声接收器(12T)，用于接收由障碍(16)反射的相应超声信号(UR)；控制模块(11)，用于测量在超声发射信号(UT)的发射和由障碍(16)反射的相应超声信号(UR)的接收之间的飞行时间(Δt)，并且基于前述飞行时间(Δt)，计算障碍(16)所处的距离(d)。该设备包括：惯性传感器(13)(特别地是加速度传感器)，被设计成沿三个轴(x，y，z)测量脚(19)的加速度；以及控制模块(11)，被配置用于如果由前述惯性传感器(13)测量的前述加速度值遵守用于使能测量飞行时间(Δt)的给定条件(Cen)，则使能超声源(12T)的操作。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本说明书涉及一种用于检测障碍的设备，该设备可由对象穿戴在他或她的脚上，特别是集成在鞋类物品中，该设备包括：至少一个超声源，用于发射超声发射信号；超声接收器，用于接收由障碍反射的相应的超声信号；控制模块，用于测量在超声发射信号的发射和由障碍反射的相应的超声信号的接收之间的飞行时间，并且基于所述飞行时间，计算所述障碍所处的距离。各种实施例可以应用于盲人或具有弱视力的人或在照明不良的条件下障碍的检测。
技术介绍
现有技术中已知的是集成在鞋类物品中的可穿戴设备，其提供关于对象的脚附近的障碍的信息。这些设备通常由盲人或具有弱视力的人使用，并且可以采用各种检测技术来检测物体的距离。一种这样的检测技术采用由存在于鞋类物品上的超声源发射超声波，并且经由超声接收器接收可以被障碍反射的相应超声波。然而，上述已知设备的缺点在于，由于超声信号的发射方向所呈现的各种取向，在前进或行走期间精确测量与障碍的距离是有问题的，并且检测很可能引起错误信息。
技术实现思路
本文所描述的实施例的目的是改进根据如前所述的已知技术的设备的潜能。各种实施例由于具有在随后的权利要求中记载的特征的设备而实现上述目的。各种实施例还可以涉及用于检测障碍的方法，以及可以被加载到至少一个计算机(例如，网络中的终端)的存储器中并且包括软件代码的部分的计算机程序产品，当程序在至少一个计算机上运行时，软件代码能够执行该方法的步骤。如本文所使用的，上述计算机程序产品被理解为等同于计算机可读装置，该计算机可读装置包含用于控制计算机系统的指令以协调根据本专利技术的方法的执行。提及“至少一个计算机”意在突出以模块化形式和/或分布式形式实现本专利技术的可能性。权利要求形成本文关于本专利技术提供的技术教导的组成部分。各种实施例可以设想，设备包括：加速度传感器，设计成沿三个轴测量脚的加速度；以及控制模块，被配置用于如果由加速度传感器测量的加速度值遵守给定条件，则使能超声源的操作。各种实施例可以设想上述条件识别脚在步行期间搁置在地面上的位置。在各种实施例中，该条件设想不存在加速度的变化。各种实施例可以设想，加速度传感器被配置用于验证上述条件并且将指示该条件的发生的信号(特别是中断)发送到前述控制模块，该控制模块被配置用于在接收指示条件的发生的上述信号时，使能超声源的操作。各种实施例可以设想，该设备包括报警指示器(特别地是振动致动器)，用于当在给定距离内检测到障碍时，生成警报信号，该警报信号特别地根据障碍的距离而变化。各种实施例可以设想，飞行时间测量链包括用于将所反射的超声信号的幅度与参考信号进行比较的比较器，该参考信号特别地随时间减小，特别地根据递减指数函数随时间减小。各种实施例可以设想该设备集成在鞋类物品中，并且上述加速度传感器集成在鞋类物品本身的鞋底中。各种实施例还可以涉及一种用于经由障碍检测设备来检测障碍的方法，该障碍检测设备可由对象穿戴在他或她的脚上，特别是集成在可由前述对象穿戴的鞋类物品中，该方法包括发射超声，并且接收用于检测障碍的超声并计算其距离，该方法的特征在于提供加速度传感器，该加速度传感器被设计成沿三个轴测量脚的加速度，并且如果由所述加速度传感器测量的所述加速度值遵守给定条件，则使能超声源的操作。附图说明现在将仅以示例的方式参照附图描述各种实施例，其中：-图1A和1B是用于障碍检测的脚穿式设备的一般实施例的示意图；-图2示出了用于障碍检测的脚穿式设备的框图；-图3示出了图2的设备的细节；-图4示出了用于检测由图2和图3的设备使用的障碍的方法的实施例的流程图；-图5和图6示出了由前面附图的设备和方法使用的信号的曲线图；以及-图7示出集成在鞋类物品中的图2和图3的设备。具体实施方式在随后的描述中，提供了许多具体细节以使能深入理解通过示例的方式提供的实施例。实施例可以在具有或不具有特定细节的情况下实现，或者与其他方法、部件、材料等一起实现。在其他情况下，未详细图示或描述公知的结构、材料或操作以使实施例的各方面不会被掩盖。在本说明书的过程中对“实施例”或“一个实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定细节、结构或特征被包括在至少一个实施例中。因此，可能存在于本说明书的各个点中的诸如“在实施例中”或“在一个实施例中”的短语不一定指代同一个实施例。此外，特定细节、结构或特性可以在一个或多个实施例中以任何方便的方式组合。本文提供的符号和引用仅仅是为了方便读者，并不限定实施例的范围或含义。参考图1A和图1B所描述的是一种用于检测障碍的设备的一般原理，该设备由对象可穿戴在他或她的脚上，特别是集成在鞋类物品中。如图1A所图示的，对象18通过超声换能器模块12在他或她的脚19上穿戴图中所示的障碍检测设备，超声换能器模块12被设计成发射和接收超声信号。特别地，超声换能器模块12被设计成在发射时刻t0发射超声发射信号UT。超声发射信号UT在被障碍16反射的情况下，由超声换能器模块12本身(特别是由包括在其中的接收器)在接收时刻t1接收。然后，由障碍检测设备计算在接收时刻t1和发射时刻t0之间的时间差，即，飞行时间。障碍16相对于脚19的距离d被计算为超声波的速度v(即，声速(大约334m/s))与飞行时间Δt的乘积：d＝v*Δt障碍检测设备还包括惯性传感器(特别是加速度传感器13，在所讨论的示例中是三轴加速度计)，惯性传感器被设计为分别沿标识笛卡尔参考系的三个正交轴x、y、z测量加速度值ax、ay、az。轴x和轴y位于与脚19的搁置表面20基本平行或重合的平面中。在优选实施例中，轴x(或轴y)可以平行于脚19的纵轴，而轴y(或轴x)可以平行于脚19的横轴。轴z是竖直轴，即垂直于脚19的搁置表面20。如下面更全面地讨论的，竖直轴z基本上与重力加速度的向量对齐。如上所述，在该示例中，上述传感器13是MEMS(微机电系统)加速度计，特别是由本申请人生产的MEMS加速度传感器LIS2DH，但是一般地，任何MEMS惯性传感器(例如，陀螺仪)可以执行该功能以识别测量的条件。上述加速度传感器13特别是通过如图2中更详细地表示的控制模块控制超声换能器模块12的操作，仅在加速度传感器13测量到用于加速度值ax、ay、az的特定使能条件发生时，才发出用于使能发射和接收超声波的命令。在优选实施例中，如图1B中所图示的，超声换能器模块12仅在脚19静止在搁置表面20上的条件22B下被使能以进行操作。特别地，如果纵向加速度ax和横向加速度ay(即，在搁置表面20的平面中的加速度)基本上为零，并且垂直方向上的加速度az基本上等于重力加速度(大约9.8m/s2)，则识别出脚静止在搁置表面上的这一条件。相反，当脚19处于一个搁置位置22B和另一个搁置位置之间的运动位置22A中时，检测到纵向加速度ax和横向加速度ay的非零值，并且还可能检测到不同于重力加速度的垂直加速度az的值。因此，加速度传感器13不使能对换能器模块12的操作。设想验证加速度的变化是否为零的验证条件使能在倾斜表面上进行测量，例如，在对象在上坡时。图2中图示了图1的障碍检测设备10的框图。由11指定的是微控制器，优选地是基于ARMCortex处理器的STM32系列的32位微控制器。该微控制器11被配置为通过其自身的信号输出之一发送激励信号TB(即，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测障碍的设备(10)，所述设备由对象(18)可穿戴在脚(19)上，特别是集成在由所述对象(18)可穿戴的鞋类物品(30)中，所述设备(10)包括：至少一个超声源(12T)，用于发射超声发射信号(UT)；超声接收器(12T)，用于接收由障碍(16)反射的相应超声信号(UR)；控制模块(11)，用于测量在所述超声发射信号(UT)的发射和由所述障碍(16)反射的所述相应超声信号(UR)的接收之间的飞行时间(Δt)，并且基于所述飞行时间(Δt)，计算所述障碍(16)所处的距离(d)；所述设备的特征在于，其包括：惯性传感器(13)，特别是加速度传感器，所述惯性传感器被设计成沿三个轴(x、y、z)测量所述脚(19)的加速度；以及控制模块(11)，所述控制模块(11)被配置用于如果由所述惯性传感器(13)测量的所述加速度值遵守使能测量所述飞行时间(Δt)的给定条件(Cen)，则使能所述超声源(12T)的操作。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.25 IT TO2014A0005951.一种用于检测障碍的设备(10)，所述设备由对象(18)可穿戴在脚(19)上，特别是集成在由所述对象(18)可穿戴的鞋类物品(30)中，所述设备(10)包括：至少一个超声源(12T)，用于发射超声发射信号(UT)；超声接收器(12T)，用于接收由障碍(16)反射的相应超声信号(UR)；控制模块(11)，用于测量在所述超声发射信号(UT)的发射和由所述障碍(16)反射的所述相应超声信号(UR)的接收之间的飞行时间(Δt)，并且基于所述飞行时间(Δt)，计算所述障碍(16)所处的距离(d)；所述设备的特征在于，其包括：惯性传感器(13)，特别是加速度传感器，所述惯性传感器被设计成沿三个轴(x、y、z)测量所述脚(19)的加速度；以及控制模块(11)，所述控制模块(11)被配置用于如果由所述惯性传感器(13)测量的所述加速度值遵守使能测量所述飞行时间(Δt)的给定条件(Cen)，则使能所述超声源(12T)的操作。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述使能条件(Cen)识别在步行期间，所述脚(19)搁置在搁置表面(20)上的位置(22b)。3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述使能条件(Cen)设想不存在加速度(ax、ay、az)的变化，特别是纵向加速度(ax)和/或横向加速度(ay)为零或者常数，并且竖直加速度(az)为常数，特别地等于重力加速度。4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括限定测量链(10T、10R、10G)的部件(110、111、112、12T、12R、12A、113、114)，所述测量链用于测量在所述超声发射信号(UT)的发射和由所述障碍(16)反射的所述相应超声信号(UR)的接收之间的所述飞行时间(Δt)，并且基于所述飞行时间(Δt)，计算所述障碍(16)所处的所述距离(d)，所述测量链包括时间增益补偿部分(10G)。5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述时间增益补偿部分(10G)包括比较器(114)，用于将所反射的所述超声信号(UR)的幅度与参考信号(Vc)进行比较。6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述参考信号(Vc)在所述控制模块(11)每次使能测量(Aint)之后随时间减小，特别地根据递减指数函数随时间减小，特...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·丹杰洛，S·科罗娜，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：意大利;IT