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1、(10)申请公布号 CN 104287947 A (43)申请公布日 2015.01.21 CN 104287947 A (21)申请号 201410595455.2 (22)申请日 2014.10.30 A61H 3/06(2006.01) (71)申请人 北京联合大学 地址 100101 北京市朝阳区北四环东路 97 号 (72)发明人 邵明刚 杭和平 李月琴 沈晋慧 (74)专利代理机构 北京驰纳智财知识产权代理 事务所 ( 普通合伙 ) 11367 代理人 谢亮 (54) 发明名称 盲人穿戴式智能导引器 (57) 摘要 盲人穿戴式智能导引器， 包括障碍测量装置 和障碍提示装置 （5） 。
2、， 所述障碍测量装置包括头 部障碍测量装置 （1） 、 腿部障碍测量装置和手腕 部障碍测量装置 （2） ， 所述障碍测量装置和障碍 提示装置 （5） 为分体式结构， 所述障碍提示装置 （5） 穿戴于手腕部， 所述障碍测量装置通过无线蓝 牙组件与所述障碍提示装置 （5） 进行数据通信。 本发明与现有技术相比的有益效果是 ： 本发明的 障碍测量装置将测距传感器采集到的前方障碍物 距离信息通过无线蓝牙组件传输给佩戴于手腕部 的障碍提示装置， 该障碍提示装置中的振动器根 据接收到的不同高度、 方位和距离的障碍信息分 别以不同的振动位置、 振动周期和振动强度向使 用者发出振动提示， 以引导盲人安全避开障。
3、碍物。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图2页 (10)申请公布号 CN 104287947 A CN 104287947 A 1/1 页 2 1. 盲人穿戴式智能导引器， 包括障碍测量装置和障碍提示装置 （5） ， 所述障碍测量装 置包括头部障碍测量装置 （1） 和腿部障碍测量装置， 其特征在于， 还包括手腕部障碍测量装 置 （2） ， 所述障碍测量装置和障碍提示装置 （5） 为分体式结构， 所述障碍提示装置 （5） 穿戴 于手腕部， 所述障碍测量装置通过无线蓝。
4、牙组件与所述障碍提示装置 （5） 进行数据通信。 2. 如权利要求 1 所述的盲人穿戴式智能导引器， 其特征在于， 所述障碍测量装置设有 测距传感器 （11） 、 障碍测量 MCU（10） 和障碍测量蓝牙组件 （12） ， 测距传感器 （11） 和障碍测 量蓝牙组件 （12） 分别与障碍测量 MCU（10） 相连接。 3. 如权利要求 1 所述的盲人穿戴式智能导引器， 其特征在于， 障碍提示装置 （5） 设有振 动器、 障碍提示 MCU（14） 和障碍提示蓝牙组件 （15） ， 所述振动器和障碍提示蓝牙组件 （15） 分别与障碍提示 MCU（14） 相连接。 4. 如权利要求 1 所述的盲人穿。
5、戴式智能导引器， 其特征在于， 所述腿部障碍测量装置 包括右腿部障碍测量装置 （3） 和左腿部障碍测量装置 （4） 。 5. 如权利要求 1 所述的盲人穿戴式智能导引器， 其特征在于， 所述障碍测量装置和障 碍提示装置 （5） 分别配置有障碍测量电池 （13） 和障碍提示电池 （16） ， 障碍测量电池 （13） 与 障碍测量 MCU（10） 相连接， 障碍提示电池 （16） 与障碍提示 MCU（14） 相连接。 6. 如权利要求 2 所述的盲人穿戴式智能导引器， 其特征在于， 测距传感器 （11） 采用红 外测距传感器。 7. 如权利要求 2 所述的盲人穿戴式智能导引器， 其特征在于， 测距。
6、传感器 （11） 采用超 声波测距传感器。 8. 如权利要求 2 所述的盲人穿戴式智能导引器， 其特征在于， 测距传感器 （11） 采用激 光测距传感器。 9. 如权利要求 2 所述的盲人穿戴式智能导引器， 其特征在于， 测距传感器 （11） 采用 24GHZ 雷达测距传感器。 10. 如权利要求 9 所述的盲人穿戴式智能导引器， 其特征在于， 所述 24GHZ 雷达测距传 感器采用 FMCW 模式。 权 利 要 求 书 CN 104287947 A 2 1/5 页 3 盲人穿戴式智能导引器 技术领域 0001 本发明涉及导盲装置， 尤其涉及盲人穿戴式智能导引器。 背景技术 0002 专利号为。
7、 ZL201220167539.2 的中国实用新型专利公开了一种基于无线传感器网 络的穿戴式导盲装置， 包括头部检测装置、 腰部检测装置和腿部检测装置， 各检测装置间通 过无线传感器网络进行数据通信。该实用新型克服现有技术存在的技术缺陷和不足， 提出 一种基于无线传感器网络的穿戴式导盲装置， 能够解放行走过程中视障人员的双手， 能够 全方位的探测视障人员身体周围的障碍， 并且通过振动正确反馈障碍物位置及高度， 各个 穿戴装置间使用无线传感器网络通信， 解决独立判断障碍物位置反馈不统一的问题， 以及 总线式控制的穿戴不便问题， 从而保障盲人行走的安全。但该实用新型结构复杂， 使用不 便， 一方面。
8、， 头部检测装置、 腰部检测装置和腿部检测装置在 22 个检测方向设有 22 个红外 测距单元和 22 个振动反馈单元， 其中振动反馈单元均配置有振动电机， 这些振动电机在对 头部、 腰部和腿部给予振动警示的同时也使这些身体部位承受着持续、 反复地振动刺激， 长 此以往， 势必会对穿戴者头部的大脑、 腰部的内脏以及腿部的肌肉造成过度地刺激进而产 生疲劳感甚至损伤的不良后果 ； 另一方面， 当该实用新型在多个不同方向均出现有振动警 示时， 会对穿戴者前行方向的正常判断造成一定的干扰和影响。 0003 专利号为 ZL 201010034146.X 的中国发明专利公开了一种可穿戴式的超声导盲 装置，。
9、 包括 ： 多个超声波收发单元， 用于发射超声波和接收被障碍物反射回的超声回波 ； 多 个安装支架， 用于安装超声波收发单元， 并佩戴在盲人使用者身体相应部位 ； 步行参数检测 模块 ： 用于获取盲人使用者的步行参数 ； 路况分析及报警参数自动调节模块， 用于判断前 方是否有障碍物以及地面平整度的变化， 并通过步行参数得到当前速度行走时碰到障碍的 时间 ； 报警模块， 用于向盲人使用者发出前方是否有障碍以及相应的警报信息 ； 电源模块， 用于向各模块供电。该发明的装置能够解放行走过程中盲人的双手， 能够全方位探测盲人 身体前方和地面前方的障碍， 并且用代表当前速度行走时碰到障碍时间的音频信号来。
10、进行 预警， 从而保障盲人的行走安全。 但该发明的报警模块采用的是报警音频信号， 当穿戴者处 于室外相对嘈杂的环境时， 这种报警方式通常会受到较大影响， 同时对于一些具有听力障 碍的盲人则不能使用这种语音警示 ； 此外， 该发明的超声波收发单元 1 通过电源线和数据 线分别与佩戴在盲人腰间的电路盒6中的电源模块5和路况分析及报警参数自动调节模块 3 连接， 可见， 其障碍探测装置与处理单元和报警模块通过有线连接进行数据通信， 这使得 穿戴及使用均不方便。 发明内容 为了解决上述现有的穿戴式导盲装置存在的技术缺陷， 本发明采用的技术方案如下 ： 盲人穿戴式智能导引器， 包括障碍测量装置和障碍提示。
11、装置， 所述障碍测量装置包括 头部障碍测量装置和腿部障碍测量装置， 还包括手腕部障碍测量装置， 所述障碍测量装置 说 明 书 CN 104287947 A 3 2/5 页 4 和障碍提示装置为分体式结构， 所述障碍提示装置穿戴于手腕部， 所述障碍测量装置通过 无线蓝牙组件与所述障碍提示装置进行数据通信。 0004 优选的是， 所述障碍测量装置设有测距传感器、 障碍测量 MCU 和障碍测量蓝牙组 件， 所述测距传感器和障碍测量蓝牙组件分别与障碍测量 MCU 相连接。 0005 在上述任一方案中优选的是， 所述障碍提示装置设有振动器、 障碍提示 MCU 和障 碍提示蓝牙组件， 所述振动器和障碍提示。
12、蓝牙组件分别与障碍提示 MCU 相连接。 0006 在上述任一方案中优选的是， 所述腿部障碍测量装置包括右腿部障碍测量装置和 左腿部障碍测量装置。 0007 在上述任一方案中优选的是， 所述障碍测量装置和障碍提示装置分别配置有障碍 测量电池和障碍提示电池， 所述障碍测量电池与障碍测量 MCU 相连接， 所述障碍提示电池 与障碍提示 MCU 相连接。 0008 在上述任一方案中优选的是， 所述测距传感器采用红外测距传感器。 0009 在上述任一方案中优选的是， 所述测距传感器采用超声波测距传感器。 0010 在上述任一方案中优选的是， 所述测距传感器采用激光测距传感器。 0011 在上述任一方案。
13、中优选的是， 所述测距传感器采用 24GHZ 雷达测距传感器。 0012 在上述任一方案中优选的是， 所述 24GHZ 雷达测距传感器采用 FMCW 模式。 0013 在上述任一方案中优选的是， 所述 FMCW 模式采用锯齿波调制。 0014 在上述任一方案中优选的是， 所述 FMCW 模式采用三角波调制。 0015 在上述任一方案中优选的是， 所述障碍测量 MCU 和障碍提示 MCU 均采用低功耗 MCU。 0016 在上述任一方案中优选的是， 所述振动器包括头部障碍提示振动器、 左腿部障碍 提示振动器、 右腿部障碍提示振动器和腕部障碍提示振动器。 0017 在上述任一方案中优选的是， 所述。
14、振动器内部配置有微型振动马达。 0018 本发明与现有技术相比的有益效果是 ： 本发明结构简单， 穿戴及使用方便， 障碍测 量装置与障碍提示装置的分体式结构彻底消除了现有技术中振动电机对于佩戴部位即头 部、 腰部和腿部所产生的持续、 反复地振动刺激以及由于过度刺激而造成相应身体部位的 疲劳感甚至损伤的不良后果 ； 本发明主要测量穿戴者的行走前进方向的头部高位、 腕部中 位以及腿部低位的障碍物信息并发出振动提示， 有效避免了现有技术中由于存在多个不同 方向的振动警示而给予穿戴者前行方向的正常判断上造成的一定干扰和影响 ； 本发明的障 碍测量装置采用无线蓝牙组件将障碍测量结果传输给障碍提示装置 ；。
15、 本发明佩戴在手腕 部的障碍提示装置中所设置的四个振动器分别对应于头部、 腿部及腕部的四个障碍测量装 置， 根据测距传感器测量的障碍信息方位及距离实时启动振动器发出相应地振动提示， 使 穿戴者通过感知手腕部不同位置的振动器所发出的不同振动周期和不同振动强度的振动 提示信息来准确判断出不同方位和不同距离的障碍信息， 以便及时、 安全地避开障碍物， 提 高行走的安全性 ； 此外， 佩戴在手腕部的障碍测量装置能够实现自由选择测量方向的技术 效果， 使穿戴者更加方便、 灵活地进行某一高度和方向的障碍测量 ； 同时， 本发明采用电池 供电、 低功耗设计， 更加节能环保。 附图说明 说 明 书 CN 10。
16、4287947 A 4 3/5 页 5 0019 图 1 为按照本发明的盲人穿戴式智能导引器一优选实施例的穿戴示意图 ； 图2为按照本发明的盲人穿戴式智能导引器的图1所示实施例的障碍提示装置的展开 示意图 ； 图3为按照本发明的盲人穿戴式智能导引器的图1所示实施例的障碍测量装置的结构 框架示意图 ； 图4为按照本发明的盲人穿戴式智能导引器的图1所示实施例的障碍提示装置的结构 框架示意图。 0020 附图标记说明 ： 1 头部障碍测量装置 ； 2 手腕部障碍测量装置 ； 3 右腿部障碍测量装置 ； 4 左腿部障碍测 量装置 ； 5 障碍提示装置 ； 6 头部障碍提示振动器 ； 7 左腿部障碍提示。
17、振动器 ； 8 右腿部障碍 提示振动器 ； 9 腕部障碍提示振动器 ； 10 障碍测量 MCU ； 11 测距传感器 ； 12 障碍测量蓝牙组 件 ； 13 障碍测量电池 ； 14 障碍提示 MCU ； 15 障碍提示蓝牙组件 ； 16 障碍提示电池。 具体实施方式 0021 为了更好地理解本发明， 下面结合具体实施例对本发明作了详细说明， 但是， 显然 可对本发明进行不同的变型和改型而不超出后附权利要求限定的本发明更宽的精神和范 围。因此， 以下实施例是具有例示性的而没有限制的含义。 0022 实施例 1 ： 如图 1- 图 4 所示， 盲人穿戴式智能导引器， 包括障碍测量装置和障碍提示装置。
18、 5， 所述 障碍测量装置包括头部障碍测量装置 1 和腿部障碍测量装置， 还包括手腕部障碍测量装置 2， 所述障碍测量装置和障碍提示装置5为分体式结构， 所述障碍提示装置5穿戴于手腕部， 所述障碍测量装置通过无线蓝牙组件与所述障碍提示装置 5 进行数据通信， 所述障碍测量 装置设有测距传感器 11、 障碍测量 MCU10 和障碍测量蓝牙组件 12， 测距传感器 11 和障碍测 量蓝牙组件12分别与障碍测量MCU10相连接， 障碍提示装置5设有振动器、 障碍提示MCU14 和障碍提示蓝牙组件 15， 所述振动器和障碍提示蓝牙组件 15 分别与障碍提示 MCU14 相连 接， 所述腿部障碍测量装置。
19、包括右腿部障碍测量装置 3 和左腿部障碍测量装置 4， 所述障碍 测量装置和障碍提示装置5分别配置有障碍测量电池13和障碍提示电池16， 障碍测量电池 13与障碍测量MCU10相连接， 障碍提示电池16与障碍提示MCU14相连接， 测距传感器11采 用红外测距传感器， 障碍测量 MCU10 和障碍提示 MCU14 均采用低功耗 MCU， 所述振动器包括 头部障碍提示振动器 6、 左腿部障碍提示振动器 7、 右腿部障碍提示振动器 8 和腕部障碍提 示振动器 9， 所述振动器内部配置有微型振动马达。 0023 本实施例中的红外测距传感器的工作原理 ： 红外测距传感器利用红外信号遇到障 碍物的距离不。
20、同其反射的强度也不同的原理进行障碍物远近距离的检测， 红外测距传感器 具有一对红外信号发射与接收二极管， 发射管发射特定频率的红外信号， 接收管接收这种 频率的红外信号， 当红外的检测方向遇到障碍物时， 红外信号反射回来被接收管接收， 然后 利用 CCD 图像处理接收发射与接收的时间差的数据， 经信号处理器处理后计算出物体的距 离。 红外测距传感器具有以下特点 ： 1） 远距离测量， 在无反光板和反射率低的情况下能测量 较远的距离 ； 2） 有同步输入端， 可实现多个传感器同步测量 ； 3） 测量范围广， 响应时间短 ； 4） 外形设计紧凑， 易于安装， 便于操作。 说 明 书 CN 1042。
21、87947 A 5 4/5 页 6 0024 本发明的工作原理 ： 使用者通过穿戴在头部、 手腕部和腿部的障碍测量装置中的 红外测距传感器检测前方不同高度的障碍物距离信息， 同时通过无线蓝牙组件将障碍测量 信息传输至佩戴在手腕部的障碍提示装置， 该障碍提示装置在四个不同的方位均布有四个 振动器， 分别是头部障碍提示振动器 6、 左腿部障碍提示振动器 7、 右腿部障碍提示振动器 8 和腕部障碍提示振动器 9， 使穿戴者可以区分出振动器的振动提示是来自于不同部位的障 碍测量装置的障碍信息， 所述四个振动器分别对应于头部障碍测量装置 1、 左腿部障碍测量 装置 4、 右腿部障碍测量装置 3、 手腕部。
22、障碍测量装置 2， 所述障碍提示装置通过无线蓝牙组 件接收障碍测量信息并驱动相应的振动器中的微型振动马达产生振动， 从而提示盲人前方 障碍物的高度、 方位和距离信息， 其中手腕部障碍测量装置 2 设为自由测量装置， 佩戴者可 以根据自身需要控制测量方向， 提示装置通过不同的振动器、 不同的振动周期以及不同的 振动强度用以表征不同方位和不同距离的障碍信息， 当障碍物距离穿戴者越近的时候， 振 动器的振动周期越短、 振动强度越大， 仅以头部障碍测量装置为例， 当头部障碍提示振动器 6 发出振动提示时即表示头部障碍测量装置检测到前方在头部高度的前方存在障碍物， 当 振动器每秒振动 1 次且振动强度属。
23、于轻度时即表示该障碍物位于使用者前方 1.5 米的距 离 ； 当振动器每秒振动 2 次且振动强度属于中度时即表示该障碍物位于使用者前方 1 米的 距离 ； 当振动器每秒振动 5 次且振动强度属于重度时即表示该障碍物位于使用者前方 0.5 米的距离。 0025 实施例 2 ： 盲人穿戴式智能导引器， 与实施例1相似， 所不同的是， 测距传感器11采用超声波测距 传感器。 0026 本实施例中的超声波测距传感器包括超声波探头， 其主要由压电晶片组成， 既可 以发射超声波， 也可以接收超声波。小功率超声探头多作探测作用。它有许多不同的结构， 可分直探头 （纵波） 、 斜探头 （横波） 、 表面波探头。
24、 （表面波） 、 兰姆波探头 （兰姆波） 、 双探头 （一 个探头反射、 一个探头接收） 等。超声波传感器的设计原理是利用超声波的特性研制而成 的传感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波， 由换能晶片在电压的激励下发生振 动产生的， 它具有频率高、 波长短、 绕射现象小， 特别是方向性好、 能够成为射线而定向传播 等特点。超声波对液体、 固体的穿透本领很大， 尤其是在阳光不透明的固体中， 它可穿透几 十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波， 碰到活动物体能 产生多普勒效应。完成超声波检测功能的装置就是超声波传感器， 习惯上称为超声换能器 或者超声探头。超声波传感器的。
25、主要性能指标 ： 超声探头的核心是其塑料外套或者金属外 套中的一块压电晶片。 构成晶片的材料可以有许多种， 晶片的大小， 如直径和厚度也各不相 同。超声波传感器的主要性能指标包括 ：（1） 工作频率 ： 工作频率就是压电晶片的共振频 率。 当加到它两端的交流电压的频率和晶片的共振频率相等时， 输出的能量最大， 灵敏度也 最高。 （2） 工作温度 ： 由于压电材料的居里点一般比较高， 特别是诊断用超声波探头的使用 功率较小， 所以工作温度比较低， 可以长时间地工作而不产生失效。 而用于医疗的超声探头 的温度则比较高， 需要单独的制冷设备。 （3） 灵敏度 ： 主要取决于制造晶片本身， 机电耦合 。
26、系数大， 灵敏度高 ； 反之则灵敏度低。 0027 超声测距传感器的原理 ： 超声测距传感器由发送传感器 （或称波发送器） 、 接收传 感器 （或称波接收器） 、 控制部分和电源部分组成。发送器传感器由发送器和使用直径为 说 明 书 CN 104287947 A 6 5/5 页 7 15mm 左右的陶瓷振子换能器组成， 换能器作用是将陶瓷振子的电振动能量转换成超声波 能量并向空中辐射 ； 而接收传感器由陶瓷振子换能器和放大电路组成， 换能器接收波产生 机械振动， 将其变换成电能量， 作为传感器接收器的输出， 从而对发送的超声波进行检测。 控制部分主要对发送器发出的脉冲链频率、 占空比及稀疏调制。
27、和计数及探测距离等进行控 制。 0028 实施例 3 ： 盲人穿戴式智能导引器， 与实施例1相似， 所不同的是， 测距传感器11采用激光测距传 感器。 0029 本实施例中的激光测距传感器的工作原理是 ： 先由激光二极管对准目标发射激光 脉冲， 经目标反射后激光向各方向散射， 部分散射光返回到传感器接收器， 被光学系统接收 后成像到雪崩光电二极管上， 雪崩光电二极管是一种内部具有放大功能的光学传感器， 因 此它能检测极其微弱的光信号， 记录并处理从光脉冲发出到返回被接收所经历的时间， 即 可测定目标距离。激光测距传感器的基本组成是激光器、 成像物镜、 光电位敏接收器、 信号 处理机测量结果显示。
28、系统。激光束在被测物体表面上形成一个亮的光斑， 成像物镜将该光 斑成像到光敏接收器的光敏上， 产生探测其敏感面上光斑位置的电信号。当被测物体移动 时， 其表面上光斑相对成像物镜的位置发生改变， 相应地成像点在光敏器件上的位置也要 发生变化， 由目标反射回来的光线通过接收镜头组并聚焦于 CCD， 传感器使用 CCD 上的所有 光点的光量分布来决定光点的中心， 并以此作为目标物位置。CCD 检测出光点对每一像素 的光量分布峰值并将其识别为目标物位置， 不管光点的光量分布如何， CCD 都能做稳定的 高精度位移测量。激光传感器必须极其精确地测定传输时间， 因为光速太快。如， 光速约 为 3X108m。
29、/s， 要想使分辨率达到 1mm， 则测距传感器的电子电路必须能分辨出以下极短的时 间 ： 0.001m(3X108m/s)=3ps， 要分辨出3ps的时间， 这是对电子技术提出的过高要求， 实现起 来造价太高。 如今的激光传感器巧妙地避开了这一障碍， 利用一种简单的统计学原理， 即平 均法则实现了 1mm 的分辨率， 并且能保证响应速度。远距离激光测距仪在工作时向目标射 出一束很细的激光， 由光电元件接收目标反射的激光束， 计时器测定激光束从发射到接收 的时间， 计算出从观测者到目标的距离 ； LED 白光测速仪成像在仪表内部集成电路芯片 CCD 上， CCD 芯片性能稳定， 工作寿命长， 。
30、且基本不受工作环境和温度的影响。因此， LED 白光测 速仪测量精度有保证， 性能稳定可靠。 激光测距传感器的特点有 ： 测量范围广， 响应速度快 ； 远距离测量无需反光板 ； 测量精度高、 量程大 ； 905 纳米安全激光对人眼无伤害 ； 体积小， 安 装、 调试方便 ； 在线式连续测量达到无人值守连续监测。 0030 实施例 4 ： 盲人穿戴式智能导引器， 与实施例 1 相似， 所不同的是， 测距传感器 11 采用 24GHZ 雷达 测距传感器， 所述 24GHZ 雷达测距传感器采用 FMCW 模式， 所述 FMCW 模式采用锯齿波调制。 0031 实施例 5 ： 盲人穿戴式智能导引器， 与实施例 1 相似， 所不同的是， 测距传感器 11 采用 24GHZ 雷达 测距传感器， 所述 24GHZ 雷达测距传感器采用 FMCW 模式， 所述 FMCW 模式采用三角波调制。 说 明 书 CN 104287947 A 7 1/2 页 8 图 1 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 104287947 A 8 2/2 页 9 图 4 说 明 书 附 图 CN 104287947 A 9 。