视觉障碍人员的智能导航助手制造技术

本发明专利技术公开一种视觉障碍人员的智能导航助手，包括头盔，所述的头盔前方设置激光雷达，所述的激光雷达的检测方向设置为前下方，所述的头盔两侧设置喇叭，充电接口和开关按键，所述的头盔内部设置控制器，所述的控制器包括处理器，与所述的处理器连接的蓝牙模块、激光雷达、加速度角度传感器和振动器，所述的蓝牙模块用于实现与用户的智能手机连接，所述的激光雷达用于检测前方地面的状况，输出数据f

【技术实现步骤摘要】
视觉障碍人员的智能导航助手


[0001]本专利涉及视觉障碍人员的智能导航助手，属于智能设备


技术介绍

[0002]视觉障碍是指由于先天或后天原因，导致视觉器官(眼球视觉神经、大脑视觉中心)之构造或机能发生部分或全部之障碍，经治疗仍对外界事物无法(或甚难)作视觉辨识。因此视觉障碍人员难以走出自己熟悉的生活空间，给生活带来巨大的不便，也降低了生活质量。视觉障碍人员出行最大的障碍有两个：第一个是无法辨识方向，难以从出发点到达目的地；第二个是无法辨识行走路径上的障碍物，容易跌倒或者撞上障碍物。
[0003]随着科学技术的发展，传感器检测技术、全球定位技术、计算机处理能力都得到跨越式的发展，目前多种技术的融合已经实现了汽车的自动驾驶，实现汽车的自动控制以及车辆的路径规划，障碍物检测以及避障等。因此，现有技术条件有能力为视觉障碍人员解决上述的出行难题。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利为了满足视觉障碍人员外出的意愿，提供一种视觉障碍人员的智能导航助手，采用智能手机辅助导航、基于激光雷达的障碍物检测以及智能算法避障、丰富的人机交互，为视觉障碍人员出行提供安全保障。
[0005]本专利解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0006]视觉障碍人员的智能导航助手，包括佩戴在用户头上的头盔，所述的头盔前方设置激光雷达，所述的激光雷达的检测方向设置为前下方，所述的头盔两侧设置语音播报的喇叭，所述的头盔侧面设置充电接口和开关按键，所述的头盔内部设置控制器，所述的控制器包括进行集中控制的处理器，与所述的处理器连接的蓝牙模块、激光雷达、加速度角度传感器和由扁平电机组成的振动器，所述的蓝牙模块用于实现与用户的智能手机连接，在所述的头盔上建立头盔坐标系(X，Y，Z)，X轴指向前方，Y轴指向右侧，Z轴指向上方，所述的激光雷达用于检测前方地面的状况，建立传感器坐标系(x，y，z)，x和z轴分别与X轴和Z轴成β夹角，y轴与Y轴方向相同，所述的传感器坐标系(x，y，z)与头盔坐标系(X，Y，Z)之间的偏移量为[X0，Y0，Z0]，所述的激光雷达输出数据f
k
(i，j)＝{(d
kij
，α
i
，j
·
θ)}，其中k＝0，1，2...，为检测的序号，α
i
为所述的激光雷达在竖直方向上的检测角度，i为竖直方向上的数据序号，i＝0，1，2...N
‑
1，N为所述的激光雷达的线数，j为水平方向上的数据序号，j＝0，1，2...，θ为所述的激光雷达在水平方向上的检测角度增量，所述的加速度角度传感器用于测量所述的激光雷达的方向角度和加速度值，坐标系与所述的传感器坐标系重合，输出x轴，y轴和z轴方向上的角度值ω
xk
、ω
yk
和ω
zk
和加速度值a
xk
、a
yk
和a
zk
，还包括与所述的充电接口连接的充电电路，所述的充电电路输出连接充电电池，所述的充电电池输出连接电源电路，所述的电源电路输出所述的控制器及其他模块所需的电源，所述的开关按键和喇叭与所述的处理器连接，所述的处理器用于实现智能导航方法，所述的智能导航方法包括以下步骤：
[0007](1)用户通过所述的开关按键启动所述的智能导航助手，所述的处理器控制所述的喇叭输出“开机”提示音，所述的处理器通过所述的蓝牙模块连接用户的智能手机；
[0008](2)用户启动导航软件，输入目的地，开始导航，所述的导航软件的提示语音通过所述的蓝牙模块发送至所述的处理器，并通过所述的喇叭进行播报；
[0009](3)每隔固定周期ΔT，所述的处理器读取所述的加速度角度传感器输出三个方向上的角度值ω
xk
、ω
yk
和ω
zk
和加速度值a
xk
、a
yk
和a
zk
，读取所述的激光雷达输出数据f
k
(i，j)＝{(d
kij
，α
i
，j
·
θ)}，转换为传感器坐标系下的点[x
ijk
，y
ijk
，z
ijk
]‑1＝[d
ijk
·
cosα
i
·
sin(j
·
θ
‑
θ0)，d
ijk
·
cosα
i
·
cos(j
·
θ
‑
θ0)，d
ijk
·
sinα
i
]，其中θ0为j＝0的检测角度；计算所述的激光雷达的速度
[0010]，[v
x0
，v
y0
，v
z0
]‑1＝[0，0，0]‑1；计算所述的激光雷达的偏移量[Δx
k
，Δy
k
，Δz
k
]‑1＝[Δx
k
‑1，Δy
k
‑1，Δz
k
‑1]‑1+[v
xk
‑1，v
yk
‑1，v
zk
‑1]‑1·
ΔT，[Δx0，Δy0，Δz0]‑1＝[X0，Y0，Z0]‑1；
[0011]采用坐标转换方法，将点[x
ijk
，y
ijk
，z
ijk
]‑1转换为头盔坐标系下的点
[0012][0013](4)在点[X
ijk
，Y
ijk
，Z
ijk
]‑1组成的集合中，采用障碍物识别算法，搜索障碍物，并提取障碍物信息：距离D，方位δ，高度H，宽度W；如果发现障碍物，所述的处理器通过所述的振动器警示用户，并且通过所述的喇叭播报障碍物信息；
[0014](5)当用户到达目的地，用户通过所述的开关按键关闭所述的智能导航助手，所述的处理器控制所述的喇叭输出“关机”提示音；用户通过所述的充电接口给所述的充电电池充电，为下次使用做准备。
[0015]步骤(4)中的障碍物识别算法包括以下步骤：
[0016](4a)、初始化：所述的处理器通过所述的喇叭提示用户在平整区域行走，所述的处理器存储步骤(3)输出的点[X
ijm
，Y
ijm
，Z
ijm
]‑1，其中m＝0，1，2，3.....M
‑
1，
‑
0.25米＜Y
ijm
＜0.25米，取Z
ijm
的均值为身高数据，
[0017][0018](4b)、运行状态：
[0019]当SH+Z
ijk
＜
‑
T
L
，将点本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.视觉障碍人员的智能导航助手，其特征在于：包括佩戴在用户头上的头盔，所述的头盔前方设置激光雷达，所述的激光雷达的检测方向设置为前下方，所述的头盔两侧设置语音播报的喇叭，所述的头盔侧面设置充电接口和开关按键，所述的头盔内部设置控制器，所述的控制器包括进行集中控制的处理器，与所述的处理器连接的蓝牙模块、激光雷达、加速度角度传感器和由扁平电机组成的振动器，所述的蓝牙模块用于实现与用户的智能手机连接，在所述的头盔上建立头盔坐标系(X，Y，Z)，X轴指向前方，Y轴指向右侧，Z轴指向上方，所述的激光雷达用于检测前方地面的状况，建立传感器坐标系(x，y，z)，x和z轴分别与X轴和Z轴成β夹角，y轴与Y轴方向相同，所述的传感器坐标系(x，y，z)与头盔坐标系(X，Y，Z)之间的偏移量为[X0，Y0，Z0]，所述的激光雷达输出数据f
k
(i，j)＝{(d
kij
，α
i
，j
·
θ)}，其中k＝0，1，2...，为检测的序号，α
i
为所述的激光雷达在竖直方向上的检测角度，i为竖直方向上的数据序号，i＝0，1，2...N
‑
1，N为所述的激光雷达的线数，j为水平方向上的数据序号，j＝0，1，2...，θ为所述的激光雷达在水平方向上的检测角度增量，所述的加速度角度传感器用于测量所述的激光雷达的方向角度和加速度值，坐标系与所述的传感器坐标系重合，输出x轴，y轴和z轴方向上的角度值ω
xk
、ω
yk
和ω
zk
和加速度值a
xk
、a
yk
和a
zk
，还包括与所述的充电接口连接的充电电路，所述的充电电路输出连接充电电池，所述的充电电池输出连接电源电路，所述的电源电路输出所述的控制器及其他模块所需的电源，所述的开关按键和喇叭与所述的处理器连接，所述的处理器用于实现智能导航方法，所述的智能导航方法包括以下步骤：(1)用户通过所述的开关按键启动所述的智能导航助手，所述的处理器控制所述的喇叭输出“开机”提示音，所述的处理器通过所述的蓝牙模块连接用户的智能手机；(2)用户启动导航软件，输入目的地，开始导航，所述的导航软件的提示语音通过所述的蓝牙模块发送至所述的处理器，并通过所述的喇叭进行播报；(3)每隔固定周期ΔT，所述的处理器读取所述的加速度角度传感器输出三个方向上的角度值ω
xk
、ω
yk
和ω
zk
和加速度值a
xk
、a
yk
和a
zk
，读取所述的激光雷达输出数据f
k
(i，j)＝{(d
kij
，α
i
，j
·
θ)}，转换为传感器坐标系下的点[x
ijk
，y
ijk
，z
ijk
]
‑1＝[d
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·
cosα
i
·
sin(j
·
θ
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i
·
cos(j
·
θ
‑
θ0)，d
ijk
·
sinα
i
]，其中θ0为j＝0的检测角度；计算所述的激光雷达的速度光雷达的速度，[v
x0

【专利技术属性】
技术研发人员：黄鑫，刘瑜，邹振超，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：