牵引式导盲腿臂机器人制造技术

本发明专利技术公开了牵引式四足导盲腿臂机器人，包括：导盲腿臂机器人本体；导盲腿臂机器人腿足，所述腿足用于支撑机器人身体；机械臂，导盲腿臂机器人与机械臂连接；导盲腿臂机器人通过机械臂对盲人进行引导。本发明专利技术所述牵引式导盲腿臂机器人对复杂室外环境有着更好的适应能力，腿臂协调控制算法使得机器人在行走过程中有更好的稳定性；复合场景感知模块使得机器人能够实时进行三维重建和环境信息识别；定位模块使得机器人能够实时对人

【技术实现步骤摘要】
牵引式导盲腿臂机器人


[0001]本专利技术涉及导盲腿臂机器人系统及其导盲方法，属于残疾人辅助设备领域。

技术介绍

[0002]据统计，中国是当今世界视障人士最多的国家之一。视障人群是社会上的弱势群体，然而，专业护理人员紧缺、辅助器具落后，为盲人群体提供出行、医疗、教育和就业等服务的任务艰巨，远远无法满足其正常生活的需求。
[0003]近年来，多国学者研制了各类助盲器具，取得了令人欣喜的进展，但总体存在对盲人顺应性差、环境适应能力低的缺陷，远未得到市场的认可和推广，在广度和深度上均存在较大的提升空间。究其原因在于：
①
交互信息不准确和过杂，导致盲人处理困难、心理负担重；
②
难以向盲人提供心理层面上的安全感。调研表明，盲人仍更习惯导盲犬和人的陪护出行。然而，导盲犬和陪护人员紧缺的现状在短时间内难以改变。
[0004]目前，导盲器具大致可分为智能导盲杖、穿戴式导盲设备和移动式导盲机器人三类。前两类通常没有动力驱动机构，其特点是将环境和导航信息以听/触觉反馈给盲人，以辅助其独立行走，单这并不足以满足盲人的安全感，这两种方式均不适宜盲人出行。移动式导盲机器人则是通过引导机构自主牵引盲人行走。采用机器人先行、盲人跟随的导盲方式，可大幅提高行走的安全性，因此近年来收到了广泛关注。在当前的技术水平下，与智能导盲杖和穿戴式导盲设备相比，移动式导盲机器人具有高可靠性和高安全性的优势，通过牵引的方式能极大减轻盲人的心理负担，更容易被盲人接受。
[0005]尽管导盲机器人成果令人欣喜，但仍存在一些问题。如中国专利CN111609851A公开了一种移动式导盲机器人系统及导盲方法，但并未考虑到复杂室外环境下的地形适应性，如通过坑洼、台阶等复杂地形；中国专利CN113304019A公开了一种六足腿式导盲机器人，但其与盲人之间缺少主动顺应盲人机制，人
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机连接机构刚度可能失当导致行走不协调、“拉扯”严重。针对上述问题，需要一种导盲腿臂机器人，通过其特殊的机械结构设计和运动控制算法，完成腿臂机器人的稳定行走及复杂室外环境的适应性，通过机械臂主动顺应盲人，使人
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机之间更为协调，结合视/力觉反馈完成导航、避障、识别路面信息等人机交互功能，从而更好地引领盲人出行。

技术实现思路

[0006]本专利技术为解决上述问题，提供一种牵引式导盲腿臂机器人，以解决现有的导盲机器人存在的缺失顺应盲人机制、环境适应能力弱等问题，提供更方便视障人士出行和日常生活的导盲机器人。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了一种牵引式导盲腿臂机器人，包括：导盲腿臂机器人本体；导盲腿臂机器人腿足，所述腿足用于支撑机器人本体；机械臂，导盲腿臂机器人与机械臂连接；导盲腿臂机器人通过机械臂对盲人进行引导。
[0008]本专利技术所述牵引式导盲腿臂机器人的优势在于，腿臂结构使得机器人对复杂的室
外环境有更强的适应能力，腿臂协调控制算法使得机器人在行走过程中有更好的稳定性，复合场景感知模块使得机器人能够实时进行三维重建和环境信息识别，定位模块使得机器人能够实时对人
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机进行全局定位，盲人位姿跟踪模块使得机器人可以实时跟踪盲人、测量盲人位姿及检测后/侧向环境，根据所感知的环境与图像信息，规划牵引臂末端运动轨迹，调节机器人躯干位置，安全牵引盲人至期望的相对位姿；触觉提示模块可以将台阶信息反馈给盲人，使得机器人与盲人之间的交互更加便利化和人性化，机器人与盲人通过机械臂力觉交互、主动顺应盲人机制更加符合盲人操作的习惯，机器人与周围环境的视觉交互使得安全性提高。总之，该牵引式导盲腿臂机器人能够为盲人出行和正常生活带来便利。
[0009]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0010]1、本专利技术为了在牵引机构上缓解“拉扯”现象，提出基于人因工效学与系统仿生学的刚柔耦合主动式牵引臂，能够主动顺应盲人的运动倾向，引导盲人安全通过障碍，满足牵引导盲作业对安全性和舒适性的特殊需求。
[0011]2、本专利技术提出一种复杂环境下人
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机安全通行评估方法，通过3D点云和近视场语义图像的特征级融合，提出一种可通行窗口路径通透度判断方法，快速提取邻近盲道的高开阔性通行区域，并根据近视场环境信息和人
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机空间构型计算危险等级值，形成局部区域的可通过性综合评估，最后基于碰撞点的路点远离调整策略生成安全行走路径。
[0012]3、本专利技术具有触觉提示模块，室外环境嘈杂，语音提示可能会使盲人未及时接受到障碍信息，本专利技术在牵引臂U型握把上集成微振动片，在不可避免通过台阶时，通过调节脉冲长度和强度，将台阶信息反馈给盲人，引导其安全通过。
[0013]4、本专利技术采用机器人先行、盲人跟随的导盲方式，大大提高了导盲效率和安全性，使盲人出行更为便捷。
附图说明
[0014]图1是本专利技术实施例所述的牵引式导盲腿臂机器人的硬件结构图；
[0015]图2是本专利技术实施例所述的牵引式导盲腿臂机器人的示意图；
[0016]图3是本专利技术实施例所述的牵引式导盲腿臂机器人的控制架构图；
[0017]图4是本专利技术实施例所述的牵引式导盲腿臂机器人在约束空间的控制体系结构图；
[0018]其中：1、机器人腿足；2、机器人本体3、浮动基座；4、牵引臂；5、柔性关节；6、激光雷达；7、RGB
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D相机；8、力传感器；9、侧向摄像头；10、移动式跟踪塔台；11、U型握把；12、震动模块；
具体实施方式：
[0019]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合附图对本专利技术作进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释本专利技术，并不作为对本专利技术的限定。为了便于描述，附图中仅表示出了与本专利技术相关的部分结构。
[0020]实施例一
[0021]如图1、图2所示，为实现上述目的，本专利技术拟提出如下解决方案：
[0022]在以下内容中“导盲腿臂机器人”特指本专利技术。设计刚柔耦合的主动式牵引臂，结
合四足机器人平台，集成导盲腿臂机器人以辅助盲人行走。
[0023]本专利技术的整体结构为：
[0024]导盲腿臂机器人腿足1支撑导盲机器人本体2，机器人本体2内安装有电池、驱动器、控制器，以及控制模块，机器人本体2背部安装有浮动基座3，用于和牵引臂4相连，本体2前部安装有激光雷达6、深度相机7，本体2后部安装有移动式跟踪塔台10，本体2侧部安装有摄像头。
[0025]导盲机器人牵引臂4安装在机器人本体2的背部，其柔性末端通过弹簧、软材料U形握把与盲人接触，U形握把上含有振动模块，在通过阶梯时，利用电枢调节振片的脉冲长度和强度，将台阶信息反馈给盲人。
[0026]本专利技术所述的导盲腿臂机器人腿足1的数量为4条，分别安装在本体2的左前、左后、右前、右后。
[0027]本专利技术所述的导盲腿臂机器人采用腿足1结构进行行走，可以通过复杂的路面情况，如台阶、坑洼、无障本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.牵引式导盲腿臂机器人，其特征在于，包括：牵引式导盲腿臂机器人本体，所述牵引式导盲腿臂机器人本体设置有牵引式导盲腿臂机器人控制模块；牵引式导盲腿臂机器人腿足，所述牵引式导盲腿臂机器人腿足用于支撑机器人本体；机械臂，牵引式导盲腿臂机器人本体与机械臂连接；手柄，手柄与机械臂相连接；牵引式导盲腿臂机器人通过机械臂上的手柄对盲人进行引导。2.根据权利要求1所述的牵引式导盲腿臂机器人，其特征在于，牵引式导盲机器人与机械臂通过浮动基座活动连接；机械臂和牵引式导盲腿臂机器人本体之间保留转动自由度，并存在一定角度限位，适应复杂室外环境下，机器人与盲人之间位姿的变化。3.根据权利要求1所述的牵引式导盲腿臂机器人，其特征在于，牵引式导盲腿臂机器人控制模块包含刚柔耦合牵引臂及控制模块、复合场景感知模块、盲人位姿跟踪模块、触觉提示模块。刚柔耦合牵引臂及控制模块与牵引式导盲腿臂机器人本体相连接，位于牵引式导盲腿臂机器人中间位置；复合场景感知模块与牵引式导盲腿臂机器人本体相连接，位于牵引式导盲腿臂机器人头部位置；盲人位姿跟踪模块与牵引式导盲腿臂机器人本体相连接，位于牵引式导盲腿臂机器人尾部位置，触觉提示模块位于牵引臂手柄处。4.根据权利要求1或3所述的牵引式导盲腿臂机器人，其特征在于，触觉提示模块设于手柄上。5.根据权利要求3所述的牵引式导盲腿臂机器人，其特征在于，所述复合场景感知模块包括激光雷达、RGB
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D相机、侧向摄像头及力传感器。6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄冉，许崇航，曹政才，黄泽华，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：