一种交叉口环境下辅助盲人过街的智能引导机器人系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种交叉口环境下辅助盲人过街的智能引导机器人系统及智能引导方法，通过ZigBee模块与交叉口信号灯进行通信，获取信号灯当前的灯色状态和剩余时长，当绿灯状态时，启动机器人；然后利用高清摄像头拍摄交叉口场景图像并进行分析处理，识别斑马线，确定大致行走区域；再融合高清摄像头图像与三维激光雷达的云信息获取障碍物类别，并辨识障碍物位置与运动状态参数，更新局部环境地图；预先设定目标点位置及无障碍物时机器人过街初步路径，由目标点位置、预设速度阈值计算得到安全过街预估时长，当预估时长小于剩余绿灯时长，根据障碍物位置和运动状态实时规划行进路径；最后实现机器人转向角度和速度控制，辅助盲人安全完成过街任务。盲人安全完成过街任务。盲人安全完成过街任务。

【技术实现步骤摘要】
一种交叉口环境下辅助盲人过街的智能引导机器人系统及方法


[0001]本专利技术涉及智能导盲
，具体是一种交叉口环境下辅助盲人过街的智能引导机器人系统及智能引导方法。

技术介绍

[0002]随着人口增长和老龄化程度加深，到2050年为止，全球预计会有7.03亿人面临中重度视力损害或失明。中国残联数据显示，目前我国盲人数量至少为500万，且正在以每年45万的速度迅猛增长。盲人无法通过视觉获取环境信息，导致出行困难，亟需通过现代化手段解决盲人出行问题。目前现有的导盲工具主要有导盲犬、导引式手杖、穿戴式导盲仪等，其中导盲犬虽然有很好的记忆力，能引导盲人在熟悉区域往返，但其区域局限性强、训练周期长、适应期长；导引式手杖通常具备探测功能，但不具备精确导航功能，不能满足盲人安全过街需求；穿戴式导盲仪能够较好地将障碍物信息传达给使用者，但存在质量大、穿戴舒适度不佳等问题，无法满足大多数盲人的出行需求。
[0003]盲人出行时不可避免地会遇到城市交叉口复杂环境，需要独立完成自主过街。安全过街的前提是全面获取交叉口信息，包括(1)环境信息，如路面状况本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种交叉口环境下辅助盲人过街的智能引导机器人系统，其特征在于：包括用于采集交叉口环境数据和机器人运行状态数据的信息采集单元(101)、用于处理交叉口环境信息的信息处理单元(102)、用于控制机器人转向角度和速度的运动控制单元(103)及扶持设备，所述信息采集单元(101)的输出端与所述信息处理单元(102)的输入端相连，所述信息处理单元(102)的输出端与所述运动控制单元(103)的输入端相连，所述扶持设备安装于机器人主体上。2.根据权利要求1所述的一种交叉口环境下辅助盲人过街的智能引导机器人系统，其特征在于：所述信息采集单元(101)包括用于获取当前时刻交叉口信号灯灯色状态和剩余时长的ZigBee无线通信设备(116)、用于采集交叉口图像信息的高清摄像头(111)、用于采集障碍物信息的三维激光雷达(112)、用于采集机器人加速度和角速度数据的惯性导航传感器(113)、用于采集机器人实际转向角度的转向角传感器(114)及用于采集机器人实际运行速度的线速度传感器(115)；所述信息处理单元(102)包括信号灯识别模块(104)、斑马线识别模块(105)、障碍物识别模块(106)、地图构建模块(107)及路径规划模块(108)，所述信号灯识别模块(108)对ZigBee无线通信设备(116)获取的当前信号灯灯色状态和剩余时长进行判定，若当前信号灯灯色状态为绿灯，则触发斑马线识别模块(105)、障碍物识别模块(106)、地图构建模块(107)及路径规划模块(108)。3.根据权利要求3所述的一种交叉口环境下辅助盲人过街的智能引导机器人系统，其特征在于：所述斑马线识别模块(105)对高清摄像头(111)采集的交叉口场景图像进行处理，识别出盲人所在交叉口的斑马线并确定大致行进区域；所述障碍物识别模块(106)对信息采集单元(101)中高清摄像头(111)获取的图像信息与三维激光雷达(112)的云数据进行分析处理，获取盲人周围障碍物尺寸、位置和运动状态信息；所述地图构建模块(107)用于构建全局环境地图，并结合过街过程中盲人位置与周围障碍物信息实时更新局部环境地图。4.根据权利要求3所述的一种交叉口环境下辅助盲人过街的智能引导机器人系统，其特征在于：所述路径规划模块(108)：首先设定人行横道上距离盲人最远的斑马线中点为目标点，建立盲人过街初步路径，将斑马线中点连线方向预先设定为盲人过街方向；然后由目标点位置、预设速度阈值计算得到安全过街预估时长，并与剩余绿灯时长进行比较，当安全过街预估时长小于剩余绿灯时长时，规划局部行进路径；接着结合惯性导航传感器采集的加速度和角速度数据，实时更新局部行进路径内自身航向、姿态、速度和位置等信息，若检测到局部行进路径内障碍物与盲人过街初步路径之间存在冲突，则进一步分析障碍物运动状态；针对静态障碍物采取主动避障操作；针对动态障碍物则预测障碍物运动轨迹，根据轨迹预测结果进行主动避障和路径规划。5.根据权利要求4所述的一种交叉口环境下辅助盲人过街的智能引导机器人系统，其特征在于：所述运动控制单元(103)包括转向角控制模块(109)和速度控制模块(110)，所述转向角控制模块(109)采用位置式PID算法，通过转向角传感器(114)获取实际转向角并反馈给控制器，实现机器人转向角控制；所述速度控制模块(110)采用增量式PID算法，通过线速度传感器(115)获取实际运行速度并反馈给控制器，实现机器人速度控制。
6.一种应用于如权利要求1
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5所述交叉口环境下辅助盲人过街的智能引导方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、判断交叉口信号灯当前灯色状态并获取当前灯色剩余时长，若当前信号灯为绿灯显示状态，进入步骤2；步骤2、对高清摄像头(111)拍摄的交叉口场景图像进行分析处理，识别出斑马线，确定大致行进区域；采用低通滤波和高通滤波算法对图像进行增强处理，接着进行灰度二值化处理，并运用Sobel边缘检测算法提取斑马线边缘，最后利用霍夫变换检测出斑马线，确定斑马线区域为大致行进区域；步骤3、在联合标定高清摄像头(111)和三维激...

【专利技术属性】
技术研发人员：张名芳，李慢，王力，王庞伟，李华建，佟良昊，高天成，刘颖，张宇杨，洪凌宇，
申请(专利权)人：北方工业大学，
类型：发明
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