具备障碍物探测与智能导航的手杖及其应用方法

专利主权项内容

1.一种利用手杖进行障碍物探测与智能导航的方法，其特征在于，包括：声波探测障碍物、摄像自动识别障碍物、内置地物导航地图匹配、联合探测障碍物与导航，根据需要，采用其中的一种或者多种进行导航；所述的声波探测障碍物包括如下具体步骤：5.1)手杖前方障碍物探测：通过手杖柱体(1)上的前方声波探头(3.2)，向手杖前进方向自下而上发射N个声波，N为自然数，每个声波有固定的发射角θ，0≤θ≤180°；当声波遇到前方障碍物后，返回给声波探头，并记录下每个声波的往返时间t，则每个声波的旅行距离l＝t×v/2，v为声波在空气中的速度，从而在手杖前方形成一个声波回波的数据集合L＝{l，t，θ}，i为自然数；iiiiihiiii＝1，N5.2)手杖左方障碍物探测：通过手杖柱体(1)上的左方声波探头(3.3)，向手杖左方向自前向后水平发射M个声波，M为自然数，按照5.1)所述步骤，在手杖左方形成一个声波回波的数据集合L＝{l，t，α}，j为自然数，α为左方声波发射角，0≤α≤180°；ljjjj＝1，Mii5.3)手杖右方障碍物探测：通过手杖柱体(1)上的右方声波探头(3.4)，向手杖右方向自前向后水平发射K个声波，K为自然数，按照5.1)所述步骤，在手杖右方形成一个声波回波的数据集合L＝{l，t，β}，k为自然数，β为右方声波发射角，0≤β≤180°；rkkkk＝1，Kkk5.4)手杖前方障碍物判断方法，根据数据集合L＝{l，t，θ}来判断，可以分为如下情形：hiiii＝1，N5.4.1)地面障碍物判断：当0≤θ≤45°时，可以认为声波探测的是地面障碍物回波，从而计算障碍物离前方声波探头(3.2)的水平距离D＝l×sinθ，和垂直距离H＝l×cosθ，H为前方声波探头(3.2)距离地面的垂直距离，根据下述情形警示使用者：iiiiiii1)当D＞1m时，不予以警示；>2)当D≤1m时，且当|H-H|≤0.1m时，不予以警示；>>3)当D≤1m时，且当H-H＞0.1m时，并通过蓝牙耳机警示前方为上坡；>>4)当D≤1m时，且当H-H＞0.1m时，并通过蓝牙耳机警示前方为下坡；>>5.4.2)正前方障碍物判断：当45°＜θ≤135°时，可以认为声波探测的是使用者正前方的障碍物，当l≤1m时，通过蓝牙耳机警示使用者正前方有障碍物；>>5.4.3)头部障碍物判断：当135°≤θ≤180°时，可以认为声波探测的是使用者头部的障碍物，当l≤1m时，通过蓝牙耳机警示使用者头部有障碍物；>>5.5)手杖左方障碍物判断，可根据数据集合L＝{l，t，α>来判断，当l≤1m时，通过蓝牙耳机警示使用者左方有障碍物；>>>>j＝1，M>5.6)手杖右方障碍物判断，可根据数据集合L＝{l，t，β>来判断，当l≤1m时，通过蓝牙耳机警示使用者右方有障碍物；>>>>k＝1，K>所述的摄像自动识别障碍物具体如下：当使用者开始使用手杖行走时，全景摄像头(3.1)按照一定的时间间隔T拍摄前方的图像，T缺省值为1s，也可通过触摸屏(2.5)设置；并采用图像自动识别方法，快速识别图像中的物体轮廓，并将前方图像与识别的物体及位置信息临时存储到内置芯片(2.4)，识别的物体和位置信息可以存贮到地物导航地图；所述的内置地物导航地图匹配包括如下步骤：7.1)在视障人士经常行走路线上，通过全景摄像头(3.1)采集地物信息，并按照SIM卡提供的位置信息，将行走路线、地物和位置信息同时存储到内置芯片(2.4)中，所述地物信息包括道路两侧和前进方向的固定不可移动的物体，包括：房屋、树木、公交站；7.2)当视障人士使用手杖时，内置芯片(2.4)根据SIM卡提供的位置信息，读取步骤7.1)中存储的地物信息，并通过蓝牙耳机播报地物名称；7.3)当视障人士远离既定路线时，由蓝牙耳机进行警示，所谓远离是指SIM卡提供的实时位置与步骤7.1)中存储的行走路线偏差大于2m时；所述的联合探测障碍物与导航，包括如下具体步骤：8.1)由三个声波探头，实时探测并识别手杖前方、左方和右方的障碍物；8.2)由手杖摄像头，实时拍摄并识别手杖前方的障碍物；8.3)由内置芯片，根据SIM卡提供的行走路线位置信息，实时读取手杖前进方向的地物；8.4)由内置芯片的预设管理程序，对步骤8.1)、8.2)和8.3)所提供的障碍物和地物进行比对，以判别障碍物是固定物体、临时放置的物体，还是移动的物体，并通过蓝牙耳机播报给使用者，从而提升智能导航的准确性和安全性；8.4.1)所述固定物体，是指导航地图中存在的物体；8.4.2)所述临时放置的物体，是指导航地图中不存在的物体，但探测到的不可移动的物体，包括临时停放的自行车和汽车；8.4.3)所述的移动的物体，是指导航地图中不存在，但探测到的可移动的物体，但在短时间t内又消失的物体，t＜3秒，包括行驶的汽车和自行车。。来源：马 克 团 队