【CN109820699A】一种导盲机器人避障系统及方法【专利】

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移动型导盲机器人系统及导盲方法与设计方案

图片简介:本技术涉及一种移动型导盲机器人系统及导盲方法，属于残疾人辅助设备领域。

本技术能够实时的进行非结构化环境下的多源融合感知及智能评估，进而将评估结果提供给复杂环境约束下的决策规划模块进行运算，不仅能实现实时环境感知，同时可进行实时决策，实现全自主的路径引导。

能够基于多源融合进行路面评估，从材质和平坦性两个维度对路面进行融合评估，获得更为全面的信息。

当前的代表性方案普遍使用语义分割技术判别可行路面，通过RGB D数据，融合平坦度检测和材质检测，能为盲人更好更全面的探测和评估路面可通行性。

技术要求1.一种移动型导盲机器人导盲方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、采集训练数据；拍摄采集多张周围环境图片，构成图集D；并通过人工标注每张数据的内容轮廓；步骤二、构建识别网络；在图像集D基础上进行迁移学习，得到材质判别模型，之后进行修剪、量化和霍夫曼编码，将材质判别模型压缩并通过TensorRT工具优化材质判别模型的算力消耗，同时对每类材质赋予惩罚值l，得到材质惩罚系数表，再将判别模型和材质惩罚系数表一并存储在机器人系统中；所述惩罚值表示对系统在该材质上运动的拒绝程度；步骤三、材质检测以及材质评分；材质检测：在运行模式下，传感器将获取的深度相机和彩色相机数据帧分别发送给步骤二所得的判别模型；利用判别模型得到像素坐标系下的材质信息M；所述材质信息M元素格式为(u，v，C)，u表示x轴方向像素坐标；v表示y轴方向像素坐标；C表示材质类别；材质评分：为将其与世界坐标系下点云建立联系，切取世界坐标系中机器人正前方1m*1m区域，由其中的点计算对应的像素坐标其中Twc为世界坐标到相机坐标变换阵，由惯性测量单元(IMU)读取得到，Cm为相机矩阵，由传感器预先标定得到；由在M中查询对应的材质类别，按步骤二预定义的惩罚值替换材质类别C，得到材质损失Lmaterial，Lmaterial元素格式为(x，y，z，l)，x，y，z表示世界坐标系下坐标；l表示惩罚值；步骤四、基于点云平面拟合的平坦型检测；1)通过深度相机的深度点云信息获取实时路面点云数据；将数据转换为PCL点云处理库的PointCloud2数据类型，使用聚类型点云滤波器进行异常点补偿和点云滤波；2)对滤波后的点云数据进行随机采样一致性评估，获得拟检测地平面的参数，进而得到估计平面；计算点云集中每一点到此平面的欧氏距离di，并按下式计算对应的li，进而得地平面平坦性描述T，T＝{l1，l2，...lN}；上式中，均值σ为敏感度阈值；选取T中位于世界坐标系中机器人正前方1m*1m区域的点构成集合，记为平坦损失Lterrian；步骤五、2.5维栅格地图融合；将步骤四得到的Lterrian和步骤三得到的Lmaterial相加得总损失Lmerge，Lmerage向步骤四得到的估计平面投影，并栅格化；对每个栅格进行如下操作：无映射点的栅格记惩罚值为无穷大；存在多映射点的栅格取最大惩罚值，从而得到2.5维栅格地图，将栅格地图发布为ROS消息，提交给规划模块处理；步骤六、全局路径规划；即路网级规划，通过调用百度地图或高德地图API实现，其决策结果为一个路网级的轨迹参考线；步骤七、两步法进行局部路径规划；第一步、局部路径规划粗生成；在步骤五得到的栅格地图的信息基础上，暂不考虑行人这类高动态非合作目标的避碰约束，利用经典路径规划技术拟定初始局部规划的参考轨迹集第二步、局部路径规划细生成；在初始参考轨迹集的基础上考虑剩余约束要求和优化指标，生成最终的决策轨迹τ，进而由控制器生成具体的决策序列A0：T；考虑控制时间片[t0，tf]，设为处于导盲机器人领域中的Nnearby个行人在t时刻的状态向量，其中Px，Py，为位置、Vx，Vy为速度，θb，为躯干的方向角，θh为头部的方向角；容许控制ut＝[rls，rrs]；rls为机器人左轮转速，rrs为机器人右轮转速。

机器人导盲系统的开发与应用

机器人导盲系统的开发与应用随着科技的不断发展，机器人技术逐渐应用于各个领域。

其中，机器人导盲系统是一项引人注目的技术创新。

本文将介绍机器人导盲系统的开发与应用，包括其原理、功能、优势和局限性。

一、机器人导盲系统的原理机器人导盲系统是通过结合机器人技术和导盲技术，为视障人士提供实时导航和障碍物识别的解决方案。

它主要基于计算机视觉、传感器技术和人工智能算法，通过扫描周围环境、分析图像和声音等信息，为用户提供信息反馈和导航指引。

二、机器人导盲系统的功能1. 实时障碍物识别：机器人导盲系统能够通过激光雷达、红外线传感器等设备实时感知周围环境，并识别出路面上的障碍物，如人、车、树木等，从而避免用户碰撞和摔倒的风险。

2. 精确定位与导航：机器人导盲系统借助GPS、惯性导航等技术，能够实时确定用户的位置，并为用户提供最佳导航路径，确保用户安全准确地到达目的地。

3. 语音导航与反馈：机器人导盲系统能够通过语音接口与用户进行交互，向用户提供导航指引、障碍物提示等信息，帮助用户正确行进并避免危险。

4. 远程监控与帮助：机器人导盲系统可以通过云技术将用户的位置和环境信息传输到远程监控中心，以便工作人员实时监测用户状态并提供协助。

三、机器人导盲系统的优势1. 提高视障人士独立性：机器人导盲系统可以让视障人士更加独立地行动，不再完全依赖他人的帮助，提高他们的生活质量和自尊心。

2. 提供精确指引：相比传统导盲棍等导航工具，机器人导盲系统能够提供更加精确、实时的导航指引，减少用户迷失和冒险的可能性。

3. 安全可靠：机器人导盲系统借助高精度的传感器和算法，能够快速识别环境中的障碍物，并及时发出警告，帮助用户避免潜在危险。

4. 弥补人力资源不足：在一些地区，视障人士的数量较多，但导盲人员的数量有限。

机器人导盲系统的应用可以弥补人力资源不足的问题，更好地为视障人士提供服务和支持。

四、机器人导盲系统的局限性1. 高成本：目前，机器人导盲系统的开发和制造仍存在较高的成本，限制了其大规模生产和普及化应用。

一种导盲机器人[实用新型专利]

专利名称：一种导盲机器人专利类型：实用新型专利
发明人：吴剑,王颖科
申请号：CN201920883743.6申请日：20190613
公开号：CN210389209U
公开日：
20200424
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种导盲机器人，属于导盲机器人领域，一种导盲机器人，包括导盲机器人本体，导盲机器人本体下端转动连接有多个车轮，导盲机器人本体上端开凿有放置槽，放置槽内转动连接有旋转球，旋转球前端开凿有凹槽，凹槽内滑动连接有挡板，挡板左右两端均固定连接有滑块，凹槽左右两端壁均开凿有滑槽，滑块与滑槽滑动连接，本实用新型将导盲杖与导盲机器人本体相互分离，在使用导盲机器人本体时，将导盲杖与导盲机器人本体通过结构之间的配合进行固定，在不使用导盲机器人本体时，能够将导盲杖进行拆卸作为盲人的日常使用，且本实用新型便于将导盲杖与导盲机器人本体进行安装与拆卸，方便盲人对导盲机器人本体的使用。

申请人：北京新蓝剑经济技术研究中心
地址：100010 北京市东城区永定门内东街中里9-17号2559房间
国籍：CN
代理机构：北京成实知识产权代理有限公司
代理人：张焱
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一种智能导盲系统[发明专利]

专利名称：一种智能导盲系统专利类型：发明专利
发明人：张殿军
申请号：CN201910995782.X 申请日：20191018
公开号：CN110811992A
公开日：
20200221
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种智能导盲系统，包括卫星定位与导航模块、中央处理单元、无线语音输入模块、无线语音输出模块；其中，所述卫星定位与导航模块为GPS或北斗卫星定位导航系统，用于对服务对象提供起始位置与目标位置的定位、出行路线的选择；所述无线语音输入模块用于根据输入的语音获得目的地信息，中央处理单元通过获得的目的地信息通过卫星定位与导航模块提供起始位置与目标位置的定位、出行路线的选择，并将实时位置通过无线语音输出模块进行播报与预告。

本发明完善的语音输入和引导信息输出更加符合弱视人群；引导服务对象可以到达任何有盲道敷设和卫星定位导航的区域；为弱视人群提供全方位、具体的、精准的语音导盲服务。

申请人：甘肃筑鼎建设有限责任公司,酒钢集团冶金建设有限公司,嘉峪关龙泰矿山建设工程有限责任公司
地址：735100 甘肃省嘉峪关市五一中路十号
国籍：CN
代理机构：甘肃省知识产权事务中心
代理人：马英
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一种引导盲人避障的导盲拐及其避障方法[发明专利]

专利名称：一种引导盲人避障的导盲拐及其避障方法
专利类型：发明专利
发明人：张小瑞,匡亮,孙伟,施珮,张小娜,徐金花,周素萍,杨丽申请号：CN201310322097.3
申请日：20130729
公开号：CN103393526A
公开日：
20131120
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种引导盲人避障的导盲拐及其避障方法，导盲拐本体上设有微处理器模块、震动模块、语音模块、电源模块和两个超声波测距模块，其中两个超声波测距模块在同一水平高度、发射方向均为导盲拐的正前方，当导盲拐测量范围内存在障碍物时，微处理器模块根据两个超声波测距模块所测量的数据、结合两个超声波测距模块的距离计算出障碍物相对盲人正前方的偏离方向、偏离角度和偏离距离，对盲人同时进行语音和震动提示。

本发明可以准确判断出障碍物的位置，并通过震动方式的提醒加强了安全保障，智能便捷。

申请人：南京信息工程大学
地址：210019 江苏省南京市奥体大街69号
国籍：CN
代理机构：南京经纬专利商标代理有限公司
代理人：朱小兵
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一种机器人避障系统及机器人[实用新型专利]

专利名称：一种机器人避障系统及机器人
专利类型：实用新型专利
发明人：赵玉梅,李秋晨,莫明星,王永强,孙士超,许彬彬,徐无名,叶平,熊伟
申请号：CN201921214949.6
申请日：20190730
公开号：CN210072411U
公开日：
20200214
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型实施例公开了一种机器人避障系统及机器人。

所述机器人包括机器人本体，所述系统包括：3D激光雷达，水平设置于所述机器人本体中部，用于感知所述机器人本体中部对应高度上周围环境的障碍物信息；至少两个超声波，水平设置于所述机器人本体下部，用于感知所述机器人本体下部对应高度上周围环境的障碍物信息；双目立体相机，倾斜设置于所述机器人本体下部，用于感知所述机器人本体下部对应高度倾斜方向上周围环境的障碍物信息。

本实用新型实施例能够全方位的感知机器人运行过程中周围环境的障碍物信息，从而保障机器人正常使用过程中的安全。

申请人：苏州博众机器人有限公司
地址：215200 江苏省苏州市吴江经济技术开发区湖心西路666号
国籍：CN
代理机构：北京品源专利代理有限公司
代理人：孟金喆
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一种导盲方法、装置及系统[发明专利]

专利名称：一种导盲方法、装置及系统专利类型：发明专利
发明人：高广宇,高小涵,高硕,刘驰
申请号：CN202010108893.7
申请日：20200221
公开号：CN111329735A
公开日：
20200626
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明实施例提供了一种导盲方法、装置及系统，可以获得预设的摄像头拍摄的当前路况图像；获得当前路况图像对应的用于表征当前路况图像所指示的方向结果，方向结果是通过将当前路况图像输入至预设的图像分类模型中进行方向预测获得的结果，图像分类模型为预先利用样本路况图像对预设的深度卷积神经网络进行训练，得到的、用于表征路况图像所指示的方向结果。

可见，本发明实施例仅需通过将拍摄的当前路况图像直接输入至预先训练好的图像分类模型，便可直接获得当前路况图像对应的方向结果，可见，应用本发明实施例提供的导盲方法在不增加处理器负担的基础上，还能够提高导航的准确性。

申请人：北京理工大学
地址：100081 北京市海淀区中关村南大街5号
国籍：CN
代理机构：北京柏杉松知识产权代理事务所(普通合伙)
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一种可穿戴的盲人智能定位与导盲系统[发明专利]

专利名称：一种可穿戴的盲人智能定位与导盲系统专利类型：发明专利
发明人：赖振龙,张雨,赖新华
申请号：CN201910292706.2
申请日：20190412
公开号：CN109998873A
公开日：
20190712
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明包括背架、头盔、按键控制器、震动手环、定位与导航系统、语音识别播报系统、控制系统和运行系统；其中背架包括前后相对设置的基板、外壳和背带，背架上有中心控制器、多组定位模块、语音识别器、红外双目摄像头、按键控制器等，头盔上有可见光双目摄像头Ⅱ、LED灯、光敏传感器；控制系统包括：中心控制器、按键控制器、信号接收发射器和远程服务器、大数据云；语音识别播报系统包括：语音识别器和语音播报器；运行系统包括本发明的运行方法；本发明能解决现有导盲技术准确度低、可靠性差的问题。

申请人：赖振龙
地址：537635 广西壮族自治区玉林市博白县三滩镇充仓村大禾坪队塘子尾
国籍：CN
代理机构：北京鱼爪知识产权代理有限公司
代理人：廖斌
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一种机器人避障系统[发明专利]

专利名称：一种机器人避障系统专利类型：发明专利
发明人：许志海,刘云根,罗劲斌申请号：CN201811445650.1申请日：20181129
公开号：CN109460030A
公开日：
20190312
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本申请公开了一种机器人避障系统，包括：分布在机器人工作环境中的若干台采集设备和后台控制器；若干台采集设备均和后台控制器通信连接；采集设备，用于按照预置采集间隔采集采集设备所处位置的实际环境信息；后台控制器，用于将每一实际环境信息和该位置对应的预置环境信息对比，识别出在该位置运动的机器人及其对应的运动信息，还用于根据预设管理准则和实际环境信息，判断机器人是否位于安全区域内，若否，则根据实际环境信息计算机器人的导航路径并发送至机器人。

解决了现有机器人避障技术中成本高，和机器人发生碰撞时会带来不必要的浪费的技术问题。

申请人：广东电网有限责任公司,广东电网有限责任公司机巡作业中心
地址：510600 广东省广州市越秀区东风东路757号
国籍：CN
代理机构：北京集佳知识产权代理有限公司
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【CN109839930A】一种避障装置系统及方法【专利】

下：
7 .一种避障装置，其特征在于，包括：接收装置，用于获取小车至障碍物的距离L；计算装置，设定小车的转向角度，小车的转向角度θ包括第一转向的转向角度θ1及第二转向的转向角度θ2，根据小车转向的角度计算出小车避障所需的第一转向总次数n、小车每次第一转向的起点与终点直线距离s、每次第一转向前进距离所需的延时时间t1和每次第一转向角度转向所需的延时时间t2，通过控制延时时间使小车按照特定的角度及距离进行运动；计数装置，对小车每次第一转向进行计数，当小车当前第一转向次数i等于第一转向总次数n时，开始第二转向，小车避障转向结束，小车重新回到避障前行驶方向。 8 .一种避障系统，其特征在于，包括：检测模块，用于检测小车至障碍物之间的距离；控制单元，所述控制单元接收所述检测模块的检测信号，所述控制单元包括：接收模块，用于接收检测模块的检测信号并转换为小车至障碍物的距离L；计算模块，设定小车的转向角度，小车的转向角度θ包括第一转向的转向角度θ1及第二
3
CN 109839930 A
说明书
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一种避障装置、系统及方法
技术领域 [0001] 本发明涉及一种循迹避障方法，具体涉及一种AGV智能小车的避障装置、系统及方法。
背景技术 [0002] 无人搬运车(Automated Guided Vehicle，AGV)是装备有电磁或光学等自动导引装置能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护和移载功能的运输车。AGV小车的重要特点就是能够对障碍物进行避障。避障是指AG V小车根据所采集的障碍物的信息，在行驶过程中，按照一定的方法进行有效的避障后，重新回到规定的导引路径上继续行驶，最后安全到达目的地。 [0003] 目前有些AGV智能小车在进行避障后无法找到原规定的导引路径，容易偏离行驶路径，从而不能准确到达目的地。

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(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910166982.4
(22)申请日 2019.03.06
(71)申请人钟祥博谦信息科技有限公司
地址 431900 湖北省荆门市钟祥市经济开
发区西环二路大学生创业园D7栋211
(72)发明人张跃进　周江　黄德昌　李波　
殷楚　杜飞　李光辉　
(74)专利代理机构北京高沃律师事务所 11569
代理人杜阳阳
(51)Int.Cl.
A61H 3/06(2006.01)
G01S 15/93(2006.01)
G01S 17/93(2006.01)
(54)发明名称
一种导盲机器人避障系统及方法
(57)摘要
本发明公开一种导盲机器人避障系统及方
法，包括声波测距模块、红外测距模块、单片机、
语音模块、电机驱动模块和舵机驱动模块，以声
波测距模块为主，以红外测距模块辅判断导盲机
器人与障碍物之间的距离，并将检测到的信号传
输至单片机，由单片机根据声波测距模块传输的
信号和红外测距模块传输的信号，控制导盲机器
人的运动方向，并在导盲机器人与障碍物之间的
距离小于设定值时发出提示响声。

本发明综合了
声波测距模块和红外测距模块，能够准确判断导
盲机器人与障碍物之间的距离，使得导盲机器人
在面对复杂环境时，导盲准确度更高，反应速度
更快，
进一步提升了盲人出行安全的保障。

权利要求书2页说明书4页附图1页CN 109820699 A 2019.05.31
C N 109820699
A
权　利　要　求　书1/2页CN 109820699 A
1.一种导盲机器人避障系统，其特征在于，所述系统包括：声波测距模块、红外测距模块、单片机、语音模块、电机驱动模块和舵机驱动模块；
所述声波测距模块，用于根据发射的声波与接收的声波的时间差计算障碍物的具体，并将计算结果传输至所述单片机；
所述红外测距模块，用于根据反射的红外信号的强度，判断障碍物的距离，并将判断结果传输至所述单片机；
所述单片机，用于根据所述声波测距模块和所述红外测距模块传输的数据信息，控制导盲机器人的运动，并控制语音模块发出提示语音；
所述语音模块，用于根据所述单片机的指令向使用者传达所述提示语音；
所述电机驱动模块，用于接收所述单片机的驱动指令，为所述导盲机器人提供动力；
所述舵机驱动模块，用于根据所述单片机对距离综合判断来控制所述导盲机器人的运行方向。

2.根据权利要求1所述的导盲机器人避障系统，其特征在于，所述声波测距模块包括超声波发射器和超声波接收器。

3.根据权利要求1所述的导盲机器人避障系统，其特征在于，所述红外测距模块包括红外发射管和红外接收管。

4.根据权利要求1所述的导盲机器人避障系统，其特征在于，所述红外测距模块还包括比较器处理电路，用于根据所述红外接收管接收的红外信号判断障碍物的距离，同时向所述单片机传输电信号；所述红外测距模块还包括光敏电路和照明设备，用于根据对光线的判断，起动或关闭所述照明设备。

5.根据权利要求1所述的导盲机器人避障系统，其特征在于，所述电机驱动模块为L289N电机驱动模块，所述L289N电机驱动模块的输入端与所述单片机直接连接，用于直接驱动所述导盲机器人。

6.根据权利要求1所述的导盲机器人避障系统，其特征在于，所述导盲机器人避障系统还包括电源模块，用于向所述导盲机器人避障系统供电。

7.根据权利要求6所述的导盲机器人避障系统，其特征在于，所述电源模块包括显示模块，用于实时监测所述电源模块的电压。

8.一种导盲机器人避障方法，其特征在于，所述方法应用于如权利要求1-7任一项所述的导盲机器人避障系统，所述方法包括：声波测距模块与红外测距模块对导盲机器人周围的环境进行探测，将探测的结果传输至单片机，单片机对所述声波测距模块传输的电信号与所述红外测距模块传输的电信号处理，控制所述导盲机器人运动，并在所述导盲机器人与障碍物的距离小于设定值时发出提示响声。

9.根据权利要求8所述的导盲机器人避障方法，其特征在于，所述声波测距模块测距的方法为：
当所述导盲机器人的前部与所述障碍物之间的距离大于所述设定值，则所述导盲机器人前进；
当所述导盲机器人的前部与所述障碍物之间的距离小于所述设定值，则判断所述导盲机器人的左侧与所述障碍物之间的距离，在所述导盲机器人的左侧与所述障碍物之间的距离大于所述设定值，则所述导盲机器人左转；
2。