CN109820699A - 一种导盲机器人避障系统及方法 - Google Patents

Abstract

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。

Description

一种导盲机器人避障系统及方法

技术领域

本发明涉及机器人领域，特别是涉及一种导盲机器人避障系统及方法。

背景技术

盲人是弱势群体，全世界有数以万计的盲人，盲人需要起居、生活，帮助盲人提升行动方便性有重要意义。传统的，盲人借助盲杖、导盲犬出行，由于有局限性，不能很好的满足导盲需求。使用手杖导盲，需要盲人通过手杖对地面或其他物体的触感来判断周边的环境状况，明显具有效率低、安全性低的缺点；而使用导盲犬这一方式，虽然相比于手杖更为安全与便捷，但是由于导盲犬的训练费用较高，这对于大部分处于弱势的盲人来说，需要承担巨大的经济负担。因此以上述两种为代表的传统导盲方式已经满足不了现代人的生活需求。

智能导盲机器人的出现很大程度上打破了传统导盲手段的局限性，使得盲人能够使用到安全性高、时效性高且价格较低廉的导盲工具成为可能。现有的导盲机器人多是根据GPS进行定位，或者是根据传感对周围的环境进行监测，但是这些方法在面对较为复杂的环境时，仍然具有一定的局限性，例如效率低、准确性差的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种导盲机器人避障系统及方法，使导盲机器人快速准确判断障碍物，进一步提升了盲人出行安全的保障。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种导盲机器人避障系统，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。

可选的，所述声波测距模块包括超声波发射器和超声波接收器；

可选的，所述红外测距模块包括红外发射管和红外接收管。

可选的，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。

可选的，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。

可选的，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。

可选的，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。

一种导盲机器人避障方法，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。

可选的，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；

当所述导盲机器人的左侧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右侧与所述障碍物之间的距离，在所述导盲机器人的右侧与所述障碍物之间的距离大于所述设定值，则所述导盲机器人右转，否则所述述导盲机器人后退。

可选的，所述导盲机器人在左转或右转时，若所述红外测距模块的一个传感器检测到存在所述障碍物，则所述导盲机器人后退并右转；若所述红外测距模块的两个传感器检测到存在所述障碍物，则所述导盲机器人后退。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明设置了声波测距模块、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。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的导盲机器人系统的连接图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种导盲机器人避障系统及方法，能够提高导盲机器人对障碍物距离判断的准确性和效率，进而提高盲人出行安全的保障。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例

如图1所示，本发明的导盲机器人避障系统包括：声波测距模块1、红外测距模块2、单片机3、语音模块4、电机驱动模块5和舵机驱动模块6；

声波测距模块1，包括超声波发射器和超声波接收器，超声波发射器可以作为超声波接收器，超声波接收器也可以作为超声波发射器，超声波发射器和超声波接收器的身份可以切换，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单片机3。

红外测距模块2，包括红外发射管和红外接收管，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单片机3，确保导盲机器人对于外界的路况信息、障碍物信息的获取的准确性、高效性和快速性；红外测距模块2还包括比较器处理电路，用于根据红外接收管接收的红外信号判断障碍物的距离，同时向单片机3传输电信号；红外测距模块2还包括光敏电路和照明设备，用于根据对光线的判断，起动或关闭照明设备。

单片机3，为STM32单片机，用于根据声波测距模块1和红外测距模块2传输的数据信息，控制导盲机器人的运动，并控制语音模块4发出提示语音。

STM32单片机能够正常工作的温度范围是零下40摄氏度至85摄氏度，能够提高导盲机器人系统的实用性，并且具有优异的安全时钟模式以及带唤醒功能的低功耗模式。其中，低功耗模式可分成休眠、停止、待机三种。可以通过调试SWD或者JTAG接口来调试STM32。定时器数量最多可达11个，包括4个16位定时器，2个16位6通道的高级控制定时器，2个看门狗定时器以及1个Systick定时器。STM32较为复杂的控制模块电路结构为其可实现的诸多功能提供了保障。

语音模块4，为YS-M3语音播报模块，用于根据单片机3的指令向使用者传达提示语音，作为实时反馈路况使用者的语音载体。YS-M3语音播报模块工作电压电流安全稳定，电压为5V，电流为1A，可实现声音调节这一功能。YS-M3语音播报模块的触发端口是以低电平触发为触发模式，通过编码去触发语音播报模块的声音播放，每触发一次播放一次。YS-M3语音播报模块有9个端口，经过STM32单片机的直接触发可播放9首，语音播报过程快速高效。

电机驱动模块5，为L298N电机驱动模块，其输入端能实现与单片机的直接连接，用于接收单片机3的驱动指令，为导盲机器人提供动力。L298N电机驱动模块能够直接实现电机正反转动以及速度调整，且较易启动，因此提高了导盲机器人的反应效率。

舵机驱动模块6，为SG90舵机驱动模块，用于根据单片机3对距离综合判断来控制导盲机器人的运行方向。

导盲机器人避障系统还包括电源模块，电源模块选用3.8V锂电池，用于向导盲机器人避障系统供电。电源模块包括显示模块，用于实时监测电源模块的电压，避免锂电池在使用过程中由于使用不当造成的能量损耗从而降低其使用寿命问题发生。

一种导盲机器人避障方法，方法应用于如权利要求1-7任一项的导盲机器人避障系统，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，单片机对声波测距模块传输的电信号与红外测距模块传输的电信号处理，控制导盲机器人运动，并在导盲机器人与障碍物的距离小于设定值时发出提示响声。

声波测距模块测距的方法为：

当导盲机器人的前部与障碍物之间的距离大于设定值，则导盲机器人前进；

当导盲机器人的前部与障碍物之间的距离小于设定值，则判断导盲机器人的左侧与障碍物之间的距离，在导盲机器人的左侧与障碍物之间的距离大于设定值，则导盲机器人左转；

当导盲机器人的左侧与障碍物之间的距离小于设定值，则判断导盲机器人的右侧与障碍物之间的距离，在导盲机器人的右侧与障碍物之间的距离大于设定值，则导盲机器人右转，否则述导盲机器人后退。

导盲机器人在左转或右转时，若红外测距模块2的一个传感器检测到存在障碍物，则导盲机器人后退并右转；若红外测距模块2的两个传感器检测到存在障碍物，则导盲机器人后退。

导盲机器人避障方法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，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。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

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；

当所述导盲机器人的左侧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右侧与所述障碍物之间的距离，在所述导盲机器人的右侧与所述障碍物之间的距离大于所述设定值，则所述导盲机器人右转，否则所述述导盲机器人后退。

10.根据权利要求9所述的导盲机器人避障方法，其特征在于，所述导盲机器人在左转或右转时，若所述红外测距模块的一个传感器检测到存在所述障碍物，则所述导盲机器人后退并右转；若所述红外测距模块的两个传感器检测到存在所述障碍物，则所述导盲机器人后退。