一种超声波探测导盲杖、控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种超声波探测导盲杖、控制系统及方法，它解决了现有技术中电子导盲杖的探测距离较近、扫描不全、探测精度不高的问题，具有能够无间隙的探测障碍、操作方便、能够精确探测到障碍物与人体的间距的效果；其技术方案为：包括杖杆、手柄、驱动装置、连接轴和探测装置，所述连接轴与杖杆相连，连接轴的一端由驱动装置提供动力，连接轴的另一端设有探测装置；其中，探测装置包括超声波发射器和超声波接收器，超声波发射器发出的锥形波束在驱动装置的带动下实现无间隙扫描。

Ultrasonic detection guiding stick, control system and method

The invention discloses a guide rod, control system and method for ultrasonic detection, which solves the problems of nearer detection distance, incomplete scanning and low detection precision in the existing technology, and has the effect of detection obstacle without gap, convenient operation and accurate detection of the distance between obstacles and human body. The technical scheme includes the rod, the handle, the driving device, the connecting shaft and the detecting device. The connecting shaft is connected with the rod, one end of the connecting shaft is powered by the driving device, and the other end of the connecting shaft is provided with a detecting device. The conical beam emitted by the device is driven by the driving device to achieve no gap scanning.

【技术实现步骤摘要】
一种超声波探测导盲杖、控制系统及方法
本专利技术涉及导盲杖领域，尤其涉及一种超声波探测导盲杖、控制系统及方法。
技术介绍
世界上视觉障碍者数量众多，他们只能通过感觉来获取信息。盲人生活在黑暗的世界中，给工作、生活、社交活动带来很大的困难，如何安全行走，成为盲人生活中最大的问题。因此，导盲杖成为盲人生活中不可或缺的工具。现有导盲杖多为一根拐杖，盲人通过手握拐杖，供拐杖的端部触碰路面以感知障碍物的位置；这种方式主要依靠的是盲人的经验，很多障碍物存在触碰不到的情况，因此，使用拐杖类导盲杖并不能为盲人带来很大的便利。目前，电子导盲杖应运而生。例如，安装红外传感器的导盲杖，通过红外线传感器感应路面情况，但是这种导盲杖易受环境影响、探测距离较近；也有一些安装超声波传感器的导盲杖，但是其发射角度太大，容易出现扫描不全的现象。综上所述，现有技术中对于如何设计一种无间隙扫描的导盲杖问题，尚缺乏有效的解决方案。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种超声波探测导盲杖、控制系统及方法，其具有能够无间隙的探测障碍、操作方便、能够精确探测到障碍物与人体的间距、能够将所需障碍物信息通过语音告知盲人的效果。本专利技术采用下述技术方案：一种超声波探测导盲杖，包括杖杆和手柄，还包括驱动装置、连接轴和探测装置，所述连接轴与杖杆相连，连接轴的一端由驱动装置提供动力，连接轴的另一端设有探测装置；其中，探测装置包括超声波发射器和超声波接收器，超声波发射器发出的锥形波束在驱动装置的带动下实现无间隙扫描。进一步的，所述手柄垂直于杖杆，连接轴垂直于手柄和杖杆；所述连接轴的一端分别设有方向完全相反的两个反射罩，反射罩的内侧固定有超声波发射器，连接轴上与超声波发射器同侧设置超声波接收器，两个超声波发射器的波束中轴线垂直于连接轴并且在同一条直线上。进一步的，所述连接轴与杖杆的连接部位设有用于检测波束中轴线与杖杆的夹角的角度传感器。进一步的，所述连接轴的一端分别设有方向完全相反的反射罩，超声波发射器通过伸缩机构设于反射罩的内侧以实现超声波发射器发射波束角可调，超声波接收器设于反射罩相同一侧。进一步的，所述手柄上安装有用于检测手柄转动角度的电子罗盘，所述杖杆上设有检测杖杆倾斜角的重力感应器；所述手柄上设有第一按键、第二按键、第三按键和第四按键。进一步的，所述超声波发射器发射波束的角度为6°～0°。一种超声波探测导盲控制系统，安装于超声波探测导盲杖上，包括CPU、超声波发射器和超声波接收器，超声波发射器发射信号输入端与CPU的控制信号输出端连接，超声波接收器接收信号端输出端与CPU的检测信号输入端连接；所述CPU根据超声波发射器发出波束的时间、超声波接收器接收波束的时间、声速、角度传感器、电子罗盘显示的夹角、重力感应器测出的角度、杖杆与连接轴的交点到杖杆底端的距离计算出杖杆距障碍物的水平距离、垂直距离和电子罗盘的指南针与手柄的夹角；CPU根据超声波发射器发出脉冲的调整好的波束角和发射脉冲间隔时间确定上下扫描的转速及杖杆转速。进一步的，还包括电子罗盘、角度传感器、重力感应器，角度传感器将角度信号反馈至CPU，CPU控制上下扫描转速；电子罗盘将手柄转速信号反馈至CPU，手柄转速接近杖杆转速语音提示；重力感应器测得杖杆的倾斜角并反馈至CPU，倾斜过大时语音提示；可调节波束角输入到CPU，CPU定出发射脉冲时间间隔、上下扫描的转速及杖杆的转速范围。进一步的，还包括语音播报器，通过第一按键控制探测模式，第二按键控制语音播报器播报探测到的障碍物坐标信息，第三按键控制播报手柄正前方障碍物坐标信息，第四按键控制播报坐标不变的障碍物坐标信息(其前提是扫描同一区域两次)。超声波探测导盲杖的处理方法，包括以下步骤：步骤1：以杖杆、连接轴所在平面的法线为第一坐标轴，以平行于杖杆的直线为第二坐标轴，以电子罗盘的指针读数为第三坐标建立坐标系，杖杆由竖直变为正前正后的摆动角度、正左正右的摆动角度为两个变量，这两个变量在所述坐标系绝对竖直时为零；上下扫描的超声波波束照射到障碍物时，根据发射接收超声波的时间差和声速计算出声波发生器到障碍物的距离，再根据角度传感器得到这时波束中轴线与杖杆的角度，再根据正弦、余弦关系计算出第一坐标轴的坐标和第二坐标轴的坐标；步骤2：在杖杆有摆动时，杖杆由竖直变为正前正后的摆动角度、正左正右的摆动角度和第一坐标轴的坐标、第二坐标轴的坐标、电子罗盘读数、连接轴到杖杆底部的距离、反射罩轴线到连接轴与杖杆中心的距离计算探测到的障碍物在杖杆绝对竖直即两个摆动角度为零时坐标系的坐标；以两个上下调整操作者头顶的水平线、两个上下调整地面的水平线、两个调整正前方竖直的线形成矩形区域二；每个线对应一个按键控制并通过语音播报位置；根据左右旋转角度对应的矩形区域二内探测障碍物的个数，对左右旋转角度由少到多排序，按该顺序播报各左右旋转角度对应的上至头顶的水平面远至探测距离，下至地面凹凸障碍，根据扫描到的地面及地面上的障碍物，CPU计算出扫描到的障碍物和地面坐标，地面如果是平面，地面的水平距离与向下的位移是线性关系，从而CPU识别出地平面，播报障碍物的坐标时只报地面上凸起的坐标和地面上凹坑的坐标；步骤3：杖杆与地面接触位置不变，转动手柄进行障碍物的探测，在探测并转换坐标过程中始终保持杖杆与地面接触的位置不变；首先，预先设定超声波发射器发射脉冲的间隔及连接轴的转速范围，以反射罩中轴线与杖杆平行为初始位置；然后，握住手柄使杖杆随手柄转动，同时启动电机，启动连接轴一端的超声波发射器和超声波接收器；根据超声波发射器上下扫描的转速、超声波发射器发射的锥形波束和手柄转动的角速度进行无间隙扫描；CPU通过角度传感器检测反射罩的中轴线与杖杆的角度，从而测出连接轴的转速；波束中轴线与杖杆平行时，关闭连接轴一侧的超声波发射器及其对应的超声波接收器，启动连接轴另一侧的超声波发射器和及其对应的超声波接收器；步骤4：根据所需信息按下相对应的按键，语音播报系统播报探测到的障碍物信息：按一下第一按键进入探测模式进行扫描，再按一下退出探测模式；在扫描探测完毕后，按一下第二按键同时转动杖杆，CPU通过语音播报器报出手柄与电子罗盘的指针的夹角B，同时通过在该矩形范围内的和角度B下障碍物被探测到的水平位移和竖直位移的坐标，把障碍物坐标、手柄与电子罗盘指针的角度用通过语音播报器告诉盲人；按一下第三按键，语音播报系统报手柄正前方障碍物的坐标；按下第四按键，CPU控制语音播报器对三个坐标不变的被扫描两次的障碍物播报其坐标，根据以上矩形内的三个坐标不变被扫描两次的某手柄与电子罗盘指针的夹角的障碍物探测到的次数对左右旋转角由少到多排序播报。进一步的，超声波发射器上下扫描每秒转动角度为：α＝A/2/2L/340其中，A为超声波发射器发射波束的角度。进一步的，所述步骤3中，当连接轴转速小于设定转速时，CPU将加速信号传给角度传感器使连接轴加速；当连接轴转速大于设定转速时，CPU控制电机断电使连接轴减速；当手柄转速超过预设速度，电子罗盘将转速信号传至CPU，CPU发出报警信号。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术的导盲杖在杖杆上设置连接轴，连接轴的一端连接电机及电池，另一端设置超声波发射、接收装置，使连接轴的两端配本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声波探测导盲杖，包括杖杆和手柄，其特征在于，还包括驱动装置、连接轴和探测装置，所述连接轴与杖杆相连，连接轴的一端由驱动装置提供动力，连接轴的另一端设有探测装置；其中，探测装置包括超声波发射器和超声波接收器，超声波发射器发出的锥形波束在驱动装置的带动下实现无间隙扫描。

【技术特征摘要】
1.一种超声波探测导盲杖，包括杖杆和手柄，其特征在于，还包括驱动装置、连接轴和探测装置，所述连接轴与杖杆相连，连接轴的一端由驱动装置提供动力，连接轴的另一端设有探测装置；其中，探测装置包括超声波发射器和超声波接收器，超声波发射器发出的锥形波束在驱动装置的带动下实现无间隙扫描。2.根据权利要求1所述的一种超声波探测导盲杖，其特征在于，所述手柄垂直于杖杆，连接轴垂直于手柄和杖杆；所述连接轴的一端分别设有方向完全相反的两个反射罩，反射罩的内侧固定有超声波发射器，连接轴上与超声波发射器同侧设置超声波接收器，两个超声波发射器的波束中轴线垂直于连接轴并且在同一条直线上。3.根据权利要求2所述的一种超声波探测导盲杖，其特征在于，所述连接轴与杖杆的连接部位设有用于检测波束中轴线与杖杆的夹角的角度传感器。4.根据权利要求1所述的一种超声波探测导盲杖，其特征在于，所述连接轴的一端分别设有方向完全相反的反射罩，超声波发射器通过伸缩机构设于反射罩的内侧以实现超声波发射器发射波束的角度可调，超声波接收器设于反射罩相同一侧。5.根据权利要求1所述的一种超声波探测导盲杖，其特征在于，所述手柄上安装有用于检测手柄转动角度的电子罗盘，所述杖杆上设有检测杖杆倾斜角的重力感应器；所述手柄上设有第一按键、第二按键、第三按键和第四按键。6.一种超声波探测导盲控制系统，其特征在于，安装于权利要求1-5所述的超声波探测导盲杖上，包括CPU、超声波发射器和超声波接收器，超声波发射器发射信号输入端与CPU的控制信号输出端连接，超声波接收器接收信号端输出端与CPU的检测信号输入端连接；所述CPU根据超声波发射器发出波束的时间、超声波接收器接收波束的时间、声速、角度传感器、电子罗盘显示的夹角、重力感应器测出的角度、杖杆与连接轴的交点到杖杆底端的距离计算出杖杆距障碍物的水平距离、垂直距离和电子罗盘的指南针与手柄的夹角；CPU根据超声波发射器发出脉冲的调整好的波束角和发射脉冲间隔时间确定上下扫描的转速及杖杆转速。7.根据权利要求6所述的一种超声波探测导盲控制系统，其特征在于，还包括电子罗盘、角度传感器、重力感应器，角度传感器将角度信号反馈至CPU，CPU控制上下扫描转速；电子罗盘将手柄转速信号反馈至CPU，重力感应器测得杖杆的倾斜角并反馈至CPU；可调节波束角输入到CPU，CPU定出发射脉冲时间间隔、上下扫描的转速及杖杆的转速范围。8.根据权利要求6所述的一种超声波探测导盲控制系统，其特征在于，还包括语音播报器，通过第一按键控制探测模式，第二按键控制语音播报器播报探测到的障碍物坐标信息，第三按键控制播报手柄正前方障碍物坐标信息，第四按键控制播报坐标不变的障碍物坐标信息，其前提是扫描同一区域两次。9.根据权利要求1-5任一所述的超声波探测导盲杖的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：以杖杆、连接轴所在平面的法线为第一坐标轴，以平行于杖杆的直线为第二坐标轴，以电子罗盘的指针读数为第三坐标建立坐标系，杖杆由竖直变为正前正后的摆动角度、正左正右的摆...

【专利技术属性】
技术研发人员：程大国，
申请(专利权)人：程大国，
类型：发明
国别省市：河南,41