作者/胡琪才、陳雪麗、汪益棟、彭靜，浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程分院

一種可越障避障新型智能導(dǎo)盲推車的設(shè)計(jì)

作者/胡琪才、陳雪麗、汪益棟、彭靜，浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程分院

如今以單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于各種微控裝置，單片機(jī)技術(shù)的成熟可為盲人提供很多幫助。本文設(shè)計(jì)了一種導(dǎo)盲推車，以三角輪組的推車結(jié)構(gòu)，增加超聲波和紅外線傳感器及語音模塊等實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)盲、越障、避障、助力爬樓、伸縮、儲(chǔ)物、拐杖、語音提醒等功能。經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明，該導(dǎo)盲車可以有效地幫助盲人在城市中行走，得到了預(yù)期的效果。

導(dǎo)盲車；單片機(jī)；傳感器；語音模塊

引言

盲人是一個(gè)沒有視覺感知力的弱勢(shì)群體，其行走在川流不息的城市中,會(huì)非常的不便和危險(xiǎn)，隨著社會(huì)的發(fā)展，盲人對(duì)獨(dú)立生活和事業(yè)追求的渴望越來越強(qiáng)烈，十分需要一個(gè)專門的導(dǎo)盲設(shè)備來進(jìn)行輔助[1]。目前盲人借助的輔助工具主要有盲杖和導(dǎo)盲犬。其中，使用盲杖的盲人最為普遍，然而盲杖仍存在許多不足，例如檢測(cè)范圍小、靈敏度不高，并且一旦遇到障礙物時(shí)主要依靠盲人順著盲杖輕輕用手往下滑觸摸到物體，再用盲杖探出可行走的路，過于麻煩，也不安全。而訓(xùn)練一只導(dǎo)盲犬不僅需要大量的時(shí)間，還需要大量的人力物力財(cái)力，這就導(dǎo)致了高成本的導(dǎo)盲犬很難在普通盲人群中普及[2]。為實(shí)現(xiàn)導(dǎo)盲功能化,大眾化,本文設(shè)計(jì)了一款基于城市綜合路況的新型智能導(dǎo)盲車，區(qū)別于市場(chǎng)上其他的設(shè)備，我們的導(dǎo)盲推車增加了語音控制功能，并且它比以往的導(dǎo)盲裝置增加了利用紅外線的熱效應(yīng)及超聲波區(qū)分行人和障礙物的功能；其次我們?cè)谙到y(tǒng)中加入了GPS定位功能，免除了遇到突發(fā)事件無法與親人取得聯(lián)系的弊端，更科學(xué)，更具實(shí)用性。同時(shí)利用GPS定位系統(tǒng)可以更有效地在盲人迷路時(shí)為其提供導(dǎo)航，以及方便其家人獲得其準(zhǔn)確的位置信息?？偠灾?，這款新型智能的導(dǎo)盲車可以實(shí)現(xiàn)避障、越障、助力爬樓、夜間照明、語音提醒、貨物儲(chǔ)放、GPS定位、拐杖等功能。

1. 導(dǎo)盲推車的機(jī)械結(jié)構(gòu)

本文設(shè)計(jì)的導(dǎo)盲推車結(jié)構(gòu)如圖1所示。

推車采用三角輪組的的輪子結(jié)構(gòu)，盲人上下樓可以提供助力爬樓，推車中有伸縮功能，通過伸縮組件5來實(shí)現(xiàn)，伸開時(shí)通過鎖扣鎖住，里面形成一個(gè)貨筐，存儲(chǔ)貨物。不用貨筐功能時(shí)，可以收縮，節(jié)省空間，還可以作為拐杖的功能。在貨筐前方的支架7—8上，有感應(yīng)單元，安裝了各種傳感器，實(shí)現(xiàn)推車的避障越障等功能。

2. 導(dǎo)盲推車的控制部分

根據(jù)導(dǎo)盲推車的功能要求，我們?cè)趯?dǎo)盲車的前方貨筐支架上安裝了內(nèi)嵌式的傳感器，完成了本系統(tǒng)的控制部分如圖2所示。

圖1 導(dǎo)盲推車結(jié)構(gòu)圖

圖2 導(dǎo)盲車系統(tǒng)控制方案框圖

該系統(tǒng)由單片機(jī)，超聲波傳感器，紅外線傳感器，光敏傳感器，GPS模塊、語音控制模塊和電機(jī)及蓄電池構(gòu)成，基本功能如下：

2.1 越障避障

導(dǎo)盲車越障避障主要是依靠超聲波傳感器、紅外傳感器和主核處理器共同工作，根據(jù)城市路況和盲人行走速度大小的規(guī)律，我們統(tǒng)一設(shè)定盲人可越過的障礙是樓梯等這種較矮障礙，其余障礙視為不可通過障礙。因此我們將超聲波傳感器及紅外線傳感器的檢測(cè)距離調(diào)整為1m,并且紅外線傳感器放置距地面15cm高左右，超聲波傳感器放置在導(dǎo)盲車前端。當(dāng)紅外線傳感器檢測(cè)到前方障礙物時(shí)，首先通過紅外線傳感器及超聲波傳感器共同作用判斷所遇障礙物是否為可翻越障礙物。若為可翻越障礙物，由控制主板控制電機(jī)實(shí)現(xiàn)可轉(zhuǎn)式三角形輪組的旋轉(zhuǎn)并利用語音控制模塊向盲人發(fā)出越障指令；若為不可翻越障礙物，則控制主板驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向電機(jī)完成避障同時(shí)通過語音控制模塊向盲人發(fā)出轉(zhuǎn)向指令。

圖3 避障越障控制流程圖

2.2 夜間照明

導(dǎo)盲車夜間照明只針對(duì)夜晚或者光線較為昏暗的地方，由置于車上的光敏傳感器進(jìn)行檢測(cè)當(dāng)前所處環(huán)境的光線亮度值，隨之將光線亮度值傳遞給控制主板，若亮度值在設(shè)定值以下，則控制電機(jī)對(duì)置于車身的小燈泡進(jìn)行通電，旨在提醒路人，保護(hù)盲人不受傷害。

2.3 語音提醒

語音提示模塊是用來提供語音提示的，將編寫好的程序和錄制的音頻載入到語音模塊中，使其能夠?qū)⒅靼鍌鱽淼臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為聲音信息[3]。當(dāng)導(dǎo)盲車的傳感器檢測(cè)到障礙物無法跨越，則導(dǎo)盲車經(jīng)過主板分析后，控制系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出“前方障礙不可跨越，請(qǐng)往左/往右繞道”；當(dāng)導(dǎo)盲車的傳感器檢測(cè)到障礙可以跨越，導(dǎo)盲車的控制系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出“前方障礙物可跨越，請(qǐng)慢行”，以此來通知盲人其當(dāng)前所處的環(huán)境，引導(dǎo)盲人躲避不可通過的障礙。

2.4 GPS定位

導(dǎo)盲車安裝GPS定位系統(tǒng)是為了盲人發(fā)生意外時(shí)便于求救和方便其家人得知盲人當(dāng)前所處位置，當(dāng)盲人遇到困難而四下無人時(shí)，盲人可通過按下手柄上的按鈕，系統(tǒng)接收到指令后，將會(huì)發(fā)信求救信息給盲人的家人。當(dāng)家人尋找盲人的時(shí)候可以通過手機(jī)查看盲人所處位置，方便救援。

3. 結(jié)論

這款自主設(shè)計(jì)開發(fā)的新型智能導(dǎo)盲車解決了以往盲人出行所輔助的工具功能單一、操作麻煩、危險(xiǎn)性高等缺點(diǎn)，可以有效幫助盲人克服出行困難，體驗(yàn)常人生活，獲取生活的信心，感受生活的快樂與幸福；但由于環(huán)境的復(fù)雜度和不確定因素的增加，出現(xiàn)了語音播放不及時(shí)，傳感單片檢測(cè)錯(cuò)誤的情況，后期需要增加傳感器數(shù)量，提高檢測(cè)穩(wěn)定性，同時(shí)增加濾波環(huán)節(jié)來消除環(huán)境中的雜波和干擾紅外線檢測(cè)的環(huán)境光線的影響，綜合穩(wěn)定并提高小車的性能。

＊ [1]劉旭磊，劉彥宇，余海強(qiáng)，宋慶賀，賈存泰.新型智能導(dǎo)盲車的設(shè)計(jì)分析與研究[J].黑龍江科技信息，2016（14）.

＊ [2]王靖宇，李慧玲.我國應(yīng)用行為學(xué)原理培育導(dǎo)盲犬存在問題分析[J].

＊ [3]韋志強(qiáng)，周澤天，葉文通，徐進(jìn).智能導(dǎo)盲車硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子制作，2013.7.