专利申请说明书范例

一种电子导盲犬机器人

技术领域

本发明涉及一种电子导盲犬机器人，具体涉及一种机电一体化、多传感器融合、自动导航及控制的电子导盲犬机器人。

背景技术

世界上一共有3000万盲人，其中我国有500万盲人，我国是世界上盲人最多的国家，还有相当数量的人有视力障碍，失明和视弱极大地影响了这些人群的正常生活和工作。培养一只导盲犬的费用在30万以上，正常家庭难以承受经济负担，而且导盲犬的训练周期相对较长，服务寿命相对较短。因此，导盲犬机器人的研制有着非常实际的意义和广泛的用途。

据查阅相关资料，现在的导盲器具的研究和应用基本上可分为三类：第一类是导盲手杖，在手杖上面加装各种装置来达到探测障碍和导盲的作用，第二类是穿戴设备，在导盲犬或者盲人身上穿戴导航设备进行导盲，第三类是机器人，通过自动或半自动方式导航，实现一定的控制功能，从而帮助盲人，本发明属于这一类。

针对现存的导盲器具研究，导盲手杖受到自身形状和操作方式的限制，基本只能实现部分导盲功能，穿戴设备更是影响人体美观，造成行动不便，每次使用都需要穿上和脱下，本发明避免了上述问题，并实现了其具有创新性的设计功能，包含丰富的传感器系统和导航系统，能自动处理信息，实现良好的导航和控制效果。

发明内容

发明目的：本发明就是针对上述导盲研究存在的问题，提供一种电子导盲犬机器人，解决盲人和视力障碍人士出行问题。本发明不需要穿戴任何设备或辅助器具，将复杂操作转化

为简单操作，利用嵌入式处理器智能化处理信息。针对这部分人的视力障碍问题，利用卫星导航精确定位，同时检测方向和姿态等相关信息，规划出最佳路线，在导航方面为盲人进行有效的服务。在实现导航功能的同时，引入避障和自动控制转弯的功能，用遥控和语音的方式进行人机交互,方便操作。

技术方案：本发明由机械部分和电子部分组成，机械部分是车体为一块木板前部有方形孔，孔内安装有舵机，舵机通过舵机连接机构与定向轮相连，木板后部有定向轮，车体后部有转动关节连接手推杆，车体中部的左侧有天线杆;电子部分是电路底板上的中央处理器通过电路与红外传感器阵列、语音模块、扬声器、光电开关、地磁传感器、加速度计模块、遥控接收电路、稳压器、串口电路、GPS模块、GPS信号接收器、遥控器、摄像头相连接;镍氢电池为电子部分提供电能，手推杆由人力推动为机器人提供动力。（本段名词后面要加标号）

所述的舵机的舵盘和方向轮固定在一起，方向轮随着舵机转动，从而改变机器人前进的方向。

所述的手推杆连接在单自由度的转动关节上，作用是提供动力和保持车体平衡。

所述的天线杆高度为30cm,末端同时安装了摄像头和GPS信号接收器。

所述的红外传感器阵列安装在车体前部，用于检测人行道。

所述的光电开关安装在车体前部，用于检测机器人前方障碍物。

所述的遥控器安装在手推杆末端，向遥控接收电路发射操作命令。

所述的中央处理器为MC9S12DG128单片机及其外围电路。

所述的语音模块采用ASR-R8型模块，能发电子女声播报相关的导航信息和提示信息，导航信息有定位信息、航向信息，提示信息有当前位置名称、目的地名称、前方有障碍物、坡度信息，声音通过安装在车体中部的扬声器进行放大。

所述的摄像头为模拟摄像头，采集的图象为黑白图象。

所述的地磁传感器采用的是霍尼韦尔公司的HMC5883L型平面数据电子罗盘，提供的导航精度为1RMS。

所述的加速度计为飞思卡尔公司的MMA7455三轴数字加速度传感器，用于检测重力场从而提示坡度信息，提示前方有坡道。

所述的GPS模块通过RS232串口电路将定位信息传送给中央处理器。

有益效果：(1)能对导盲犬机器人的位置进行GPS卫星定位，在天气良好的情况下，定位精度在20米以内，通过遥控器设定目前所在地和目的地，自动规划行走街道路径，并且用电子女声提示。

(2)红外传感器阵列能对机器人所在地面上的白色人行线进行检测，控制机器人沿着该线前进。

(3)光电开关能对前方50cm范围内的障碍物进行探测，如果有障碍物会提示“前方有障碍，请绕行”女声提示音，并且自动控制舵机改变车体前进方向。

(4)能利用地传感器感应地球磁场，实时检测自身方向，精度为1RMS.

(5)能利用加速度计划感应地球重力场，实时检测自身倾斜角，如果遇到坡道会提示“前方有上坡”女声提示音，并且灯起指示灯。

(6)能存储摄像头采集的图像。

附图说明

图1为本发明电子导盲犬机器人的结构示意图;

图2为本发明电子导盲犬机器人的系统结构框图;

图3为本发明电子导盲犬机器人的程序流程图。

具体实施方式

结合附图说明，下面阐述本发明。

图1为本发明电子导盲犬机器人的结构示意图，本发明由机械部分和电子部分组成，机械部分是车体为一块木板，该木板的尺寸为宽10cm、长30cm，属于硬质模型加工用木板。在木板前部5cm处有方形孔，方形孔尺寸为舵机的截面大小，孔内安装有舵机，舵机采集MG995舵机，舵机的最大力矩为13kg，舵机通过舵机连接机构与方向轮相连，连接机构是将舵机的舵盘与方向轮的末端连接起来。木板后部安装定向轮，定向轮不能绕铅垂线转动。车体后部有单自由度转动关节连接手推杆，手推杆长度为80cm，直径为3cm的铝合金杆，手推杆末端固定安装遥控器，遥控器上有启动按钮和选择按钮，车体中部的左侧有天线杆，天线杆末端安装有摄像头和GPS信号接收器，天线杆高度为30cm。

电子部分是电路底板上的中央处理器通过电路与红外传感器阵列、语音模块、扬声器、光电开关、地磁传感器、加速度计模块、遥控接收电路、稳压器、串口电路、GPS模块、GPS信号接收器、遥控器、摄像头相连接。其中中央处理器、稳压器、串口电路集成在一块电路板上，地磁传感器、加速度计模块、遥控接收电路分别为单个电路板与中央处理器电路板叠放连接;红外传感器含10对发射管与接收管，按直线型均匀排布集成在一块电路板上，安装在车体最前部;语音模块集成在一块电路板上，与扬声器相连;GPS模块为一块集成电路板，与GPS信号接收器相连。

镍氢电池为电子部分提供电能，标称电池为7.2V,电池容量为2000mAh，为所有电路系统供电，其中语音模块、GPS模块、地磁传感器、加速度计模块的工作电压为3.3V,其余电路系统工作电压为5V。中央处理器外围的稳压电路将电压降压后，稳定输出5V电压，供所有5V芯片及电路工作。机器人行动无须任何能源，盲人推动手推杆为机器人提供动力，由于机器人是两轮结构，节约车轮的设计也带来不平衡的现象，可见，手推杆的设计既可以提供机器人前进的动力，又可以由盲人掌握机器人的平衡。