本發(fā)明涉及輔助行走設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種避障裝置。

背景技術(shù)：

人類對(duì)外界環(huán)境信息的獲取很大一部分來(lái)自視覺(jué)系統(tǒng)，視覺(jué)缺失和視力殘疾給盲人和視障患者在生活上帶來(lái)極大的困難，尤其是對(duì)安全行走極具挑戰(zhàn)性。

為了幫助盲人行走，先后出現(xiàn)輔助盲人行走的工具，例如經(jīng)過(guò)特殊培訓(xùn)的導(dǎo)盲手杖、導(dǎo)盲犬，但是基于通過(guò)導(dǎo)盲手杖來(lái)探知障礙物信息的方法效率低下且耗費(fèi)體力，而導(dǎo)盲犬訓(xùn)練周期和適應(yīng)期較長(zhǎng)、成本較高，使用并不普遍。

近年來(lái)，隨著電子結(jié)合導(dǎo)航服務(wù)等相關(guān)技術(shù)，出現(xiàn)了利用gps技術(shù)、超聲波、紅外、激光、攝像頭等傳感器研發(fā)的一系列的穿戴式設(shè)備，例如導(dǎo)盲腰帶、盲人安全帽等。導(dǎo)盲腰帶諸如feelspace智能腰帶通過(guò)手機(jī)導(dǎo)航應(yīng)用提供方位，佩戴者身體腰帶的前、后、左、右某個(gè)方向發(fā)生震動(dòng)，指引用戶行走的方向。但feelspace智能腰帶主要使用gps技術(shù)，對(duì)于實(shí)時(shí)障礙物的檢測(cè)能力缺失。盲人安全帽諸如cloudmind導(dǎo)盲頭盔通過(guò)攝像頭裝置捕獲到使用者與前方障礙物的距離，當(dāng)距離障礙物一定距離時(shí)以警報(bào)提醒用戶。但cloudmind導(dǎo)盲頭盔需要非常高規(guī)格的處理單元和圖像采樣裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像檢測(cè)功能，對(duì)于入門(mén)用戶較難接受，且圖像識(shí)別的錯(cuò)誤率可能成為問(wèn)題。

基于超聲波、激光、紅外線技術(shù)實(shí)現(xiàn)的避障功能，只能檢測(cè)一定方向或高度上障礙物，而通過(guò)雙攝像頭采集圖像以獲取物體與攝像頭距離的方法計(jì)算復(fù)雜度高，資源消耗量大，難以實(shí)時(shí)地提供準(zhǔn)確的提示。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種避障裝置，以彌補(bǔ)現(xiàn)有避障方式存在的不足。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種避障裝置，所述避障裝置包括：

至少一佩戴單元，用于根據(jù)用戶的自然擺動(dòng)信息獲得用戶周邊的障礙物空間中的采樣點(diǎn)位置信息以構(gòu)建用戶周邊的障礙物空間分布模型，并根據(jù)所述障礙物空間分布模型引導(dǎo)用戶的行進(jìn)方向。

可選的，在所述的避障裝置中，每個(gè)佩戴單元均包括：

一超聲波檢測(cè)模塊，用于發(fā)射超聲波信號(hào)，并根據(jù)所述超聲波信號(hào)獲得用戶周邊障礙物相對(duì)超聲波檢測(cè)模塊的方向和距離；

一重力傳感器，用于獲得所述超聲波檢測(cè)模塊相對(duì)地面的傾斜角度；

一陀螺儀，用于獲得所述超聲波檢測(cè)模塊相對(duì)于用戶行進(jìn)前方的旋轉(zhuǎn)角度；

一處理模塊，用于根據(jù)障礙物相對(duì)超聲波檢測(cè)模塊的方向和距離、超聲波檢測(cè)模塊相對(duì)地面的傾斜角度和超聲波檢測(cè)模塊相對(duì)于用戶行進(jìn)前方的旋轉(zhuǎn)角度，獲得用戶周邊的障礙物空間中的采樣點(diǎn)位置信息，根據(jù)采樣點(diǎn)位置信息構(gòu)建障礙物空間分布模型，并根據(jù)所述障礙物空間分布模型判定用戶是否可沿當(dāng)前行進(jìn)方向繼續(xù)行進(jìn)；以及

一提示模塊，用于根據(jù)所述處理模塊的判定結(jié)果反饋對(duì)應(yīng)提示信息給用戶。

可選的，在所述的避障裝置中，所述提示模塊為蜂鳴器，在所述處理模塊判定用戶不可沿當(dāng)前行進(jìn)方向繼續(xù)行進(jìn)時(shí)，所述蜂鳴器反饋的提示信息為聲音信號(hào)；反之，所述蜂鳴器反饋的提示信息為靜音信號(hào)。

可選的，在所述的避障裝置中，所述提示模塊為振動(dòng)器，在所述處理模塊判定用戶不可沿當(dāng)前行進(jìn)方向繼續(xù)行進(jìn)時(shí)，所述振動(dòng)器反饋的提示信息為振動(dòng)信號(hào)；反之，所述振動(dòng)器反饋的提示信息為靜音信號(hào)。

可選的，在所述的避障裝置中，所述佩戴單元的數(shù)量為兩個(gè)，兩個(gè)提示模塊均為振動(dòng)器時(shí)，兩個(gè)佩戴單元根據(jù)所述障礙物空間分布模型引導(dǎo)用戶的行進(jìn)方向包括情況為：

佩戴于左手臂上的佩戴單元的提示模塊反饋振動(dòng)信號(hào)，佩戴于右手臂上的佩戴單元的提示模塊反饋靜音信號(hào)時(shí)，引導(dǎo)用戶向右轉(zhuǎn)直至兩個(gè)佩戴單元的提示模塊均反饋靜音信號(hào)為止，用戶沿當(dāng)前方向行進(jìn)；

佩戴于右手臂上的佩戴單元的提示模塊反饋振動(dòng)信號(hào)，佩戴于左手臂上的佩戴單元的提示模塊反饋靜音信號(hào)時(shí)，引導(dǎo)用戶向左轉(zhuǎn)直至兩個(gè)佩戴單元的提示模塊均反饋靜音信號(hào)為止，用戶沿當(dāng)前方向行進(jìn)；

佩戴于左手臂上的佩戴單元的提示模塊反饋靜音信號(hào)，佩戴于右手臂上的佩戴單元的提示模塊反饋靜音信號(hào)時(shí)，引導(dǎo)用戶沿當(dāng)前行進(jìn)方向行進(jìn)；或

佩戴于左手臂上的佩戴單元的提示模塊反饋振動(dòng)信號(hào)，佩戴于右手臂上的佩戴單元的提示模塊反饋振動(dòng)信號(hào)時(shí)，引導(dǎo)用戶沿任一佩戴單元的振動(dòng)停止所在的方向行進(jìn)。

可選的，在所述的避障裝置中，所述提示模塊判定用戶是否可沿當(dāng)前行進(jìn)方向繼續(xù)行進(jìn)的過(guò)程包括：

根據(jù)所述障礙物空間分布模型獲取的判定信息；

將判定信息與判斷閾值進(jìn)行比較；當(dāng)判定信息超過(guò)判定閾值，則用戶不能沿當(dāng)前行進(jìn)方向繼續(xù)行進(jìn)；反之，則用戶能沿當(dāng)前行進(jìn)方向繼續(xù)行進(jìn)。

可選的，在所述的避障裝置中，所述判定信息為缺口的高度。

可選的，在所述的避障裝置中，所述判定閾值根據(jù)用戶的自身情況進(jìn)行設(shè)定。

可選的，在所述的避障裝置中，所述佩戴單元的數(shù)量為兩個(gè)時(shí)，兩個(gè)佩戴單元中的超聲波檢測(cè)模塊和處理模塊采用ble、zigbee或wifi進(jìn)行無(wú)線通信。

可選的，在所述的避障裝置中，每個(gè)佩戴單元被佩戴于用戶的一個(gè)手臂和/或腰胯部位上。

可選的，在所述的避障裝置中，所述用戶的自然擺動(dòng)信息包括手臂的擺動(dòng)位置信息和/或腰胯部位的擺動(dòng)位置信息。

在本發(fā)明所提供的避障裝置中，所述避障裝置包括至少一佩戴單元，所述佩戴單元用于根據(jù)用戶的自然擺動(dòng)信息獲得用戶周邊的障礙物空間中的采樣點(diǎn)位置信息以構(gòu)建用戶周邊的障礙物空間分布模型，并根據(jù)所述障礙物空間分布模型引導(dǎo)用戶的行進(jìn)方向。本發(fā)明的避障裝置充分利用了人體運(yùn)動(dòng)的工學(xué)特征，用戶行走時(shí)用戶自然擺動(dòng)的關(guān)節(jié)與水平面形成一定的夾角，擴(kuò)大了佩戴單元中超聲波檢測(cè)模塊的散射角，減少了其在水平與垂直方向上的探測(cè)盲區(qū)，能夠在更大范圍進(jìn)行檢測(cè)，拉近了對(duì)用戶周圍障礙物的檢測(cè)距離，提高了避障裝置的性能。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一實(shí)施例中佩戴單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明一實(shí)施例中避障裝置的工作原理圖。

圖1中：佩戴單元-1；超聲波檢測(cè)模塊-10；重力傳感器-11；陀螺儀-12；處理模塊-13；提示模塊-14。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提出的避障裝置作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。根據(jù)下面說(shuō)明和權(quán)利要求書(shū)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說(shuō)明的是，附圖均采用非常簡(jiǎn)化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的目的。

本實(shí)施例中避障裝置包括：至少一佩戴單元，用于根據(jù)用戶的自然擺動(dòng)信息獲得用戶周邊的障礙物空間中的采樣點(diǎn)位置信息以構(gòu)建用戶周邊的障礙物空間分布模型，并根據(jù)所述障礙物空間分布模型引導(dǎo)用戶的行進(jìn)方向。優(yōu)選的，每個(gè)佩戴單元被佩戴于用戶的手臂上和/或腰胯部位，所述用戶的自然擺動(dòng)信息包括手臂的擺動(dòng)位置信息和/或腰胯部位的擺動(dòng)位置信息。

請(qǐng)參考圖1，其為本發(fā)明的佩戴單元的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，所述佩戴單元1包括一超聲波檢測(cè)模塊10、一重力傳感器11、一陀螺儀12、一處理模塊13及一提示模塊14，所述超聲波檢測(cè)模塊10用于發(fā)射超聲波信號(hào)，并根據(jù)所述超聲波信號(hào)獲得用戶周邊障礙物相對(duì)超聲波檢測(cè)模塊10的方向和距離；所述重力傳感器11用于獲得所述超聲波檢測(cè)模塊10相對(duì)地面的傾斜角度；所述陀螺儀12用于獲得所述超聲波檢測(cè)模塊10相對(duì)于用戶行進(jìn)前方的旋轉(zhuǎn)角度；所述處理模塊13用于根據(jù)障礙物相對(duì)超聲波檢測(cè)模塊10的方向和距離、超聲波檢測(cè)模塊10相對(duì)地面的傾斜角度和超聲波檢測(cè)模塊10相對(duì)于用戶行進(jìn)前方的旋轉(zhuǎn)角度，獲得用戶周邊的障礙物空間中的采樣點(diǎn)位置信息，根據(jù)采樣點(diǎn)位置信息構(gòu)建障礙物空間分布模型，并根據(jù)所述障礙物空間分布模型判定用戶是否可沿當(dāng)前行進(jìn)方向繼續(xù)行進(jìn)；所述提示模塊14用于根據(jù)所述處理模塊13的判定結(jié)果反饋對(duì)應(yīng)提示信息給用戶。

實(shí)際上，超聲波檢測(cè)模塊發(fā)射的超聲波信號(hào)散射角度是有限的，但是由于佩戴單元佩戴的位置為用戶行走存在自然擺動(dòng)的位置(例如手臂和/或腰胯部位)，使得超聲波檢測(cè)模塊在用戶行走時(shí)佩戴位置呈自然擺動(dòng)以與水平面形成一定的夾角從而擴(kuò)大了超聲波信號(hào)散射角度。依次，無(wú)需設(shè)置過(guò)多超聲波檢測(cè)模塊，每個(gè)佩戴單元僅需要一個(gè)超聲波檢測(cè)模塊即可滿足檢測(cè)的需求，降低了功耗及成本。

具體的，所述提示模塊14判定用戶是否可沿當(dāng)前行進(jìn)方向繼續(xù)行進(jìn)的過(guò)程包括如下步驟：

s10：根據(jù)所述障礙物空間分布模型獲取的判定信息；

s11：將判定信息與判斷閾值進(jìn)行比較；當(dāng)判定信息超過(guò)判定閾值，則用戶不能沿當(dāng)前行進(jìn)方向繼續(xù)行進(jìn)；反之，則用戶能沿當(dāng)前行進(jìn)方向繼續(xù)行進(jìn)；其中，所述判定信息為缺口的高度；所述判定閾值根據(jù)用戶的自身情況進(jìn)行設(shè)定。

在本實(shí)施例中，所述提示模塊為振動(dòng)器，在所述處理模塊判定用戶不可沿當(dāng)前行進(jìn)方向繼續(xù)行進(jìn)時(shí)，所述振動(dòng)器反饋的提示信息為振動(dòng)信號(hào)；反之，所述振動(dòng)器反饋的提示信息為靜音信號(hào)。例如，當(dāng)用戶的左手臂和右手臂均佩戴有佩戴單元時(shí)，兩個(gè)佩戴單元中的超聲波檢測(cè)模塊采用ble、zigbee或wifi進(jìn)行無(wú)線通信，兩個(gè)佩戴單元中的處理模塊采用ble、zigbee或wifi進(jìn)行無(wú)線通信。

若用戶感受到其中一個(gè)佩戴單元存在震動(dòng)感時(shí)(此時(shí)佩戴單元的提示模塊處于振動(dòng)狀態(tài))，則該佩戴單元所在的手臂一側(cè)的前方存在障礙物，用戶可以選擇另一佩戴單元所在的手臂一側(cè)的前方行進(jìn)。具體情況包括：佩戴于左手臂上的佩戴單元的提示模塊反饋振動(dòng)信號(hào)，佩戴于右手臂上的佩戴單元的提示模塊反饋靜音信號(hào)時(shí)，引導(dǎo)用戶向右轉(zhuǎn)直至兩個(gè)佩戴單元的提示模塊均反饋靜音信號(hào)為止，用戶沿當(dāng)前方向行進(jìn)；佩戴于右手臂上的佩戴單元的提示模塊反饋振動(dòng)信號(hào)，佩戴于左手臂上的佩戴單元的提示模塊反饋靜音信號(hào)時(shí)，引導(dǎo)用戶向左轉(zhuǎn)直至兩個(gè)佩戴單元的提示模塊均反饋靜音信號(hào)為止，用戶沿當(dāng)前方向行進(jìn)。

當(dāng)用戶未感受到兩個(gè)佩戴單元存在震動(dòng)感時(shí)，即佩戴于左手臂上的佩戴單元的提示模塊反饋靜音信號(hào)，佩戴于右手臂上的佩戴單元的提示模塊反饋靜音信號(hào)時(shí)，引導(dǎo)用戶沿當(dāng)前行進(jìn)方向行進(jìn)。

當(dāng)用戶感受到兩個(gè)佩戴單元均存在震動(dòng)感時(shí)，則需要進(jìn)一步檢測(cè)，可以通過(guò)將手伸至前方輕度搖擺的方式，當(dāng)其中一佩戴單元的振動(dòng)停止時(shí)，引導(dǎo)用戶沿佩戴單元的振動(dòng)停止所在的方向行進(jìn)。

在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，所述提示模塊還可以為蜂鳴器，在所述處理模塊判定用戶不可沿當(dāng)前行進(jìn)方向繼續(xù)行進(jìn)時(shí)，所述蜂鳴器反饋的提示信息為聲音信號(hào)；反之，所述蜂鳴器反饋的提示信息為靜音信號(hào)。用戶根據(jù)聲音信號(hào)來(lái)判斷用戶周圍的環(huán)境情況，以決定接下來(lái)行進(jìn)的方向，有效避開(kāi)障礙物，保證用戶的安全。

請(qǐng)參考圖2理解本發(fā)明避障裝置的工作原理，通過(guò)陀螺儀和重力傳感器貢獻(xiàn)的數(shù)據(jù)可以計(jì)算出超聲波檢測(cè)模塊的空間指向，之后將超聲波檢測(cè)模塊的空間指向結(jié)合超聲波檢測(cè)模塊上報(bào)的用戶周邊障礙物相對(duì)超聲波模塊的方向和距離構(gòu)建障礙物空間分布模型，從而判斷用戶是否可沿當(dāng)前行進(jìn)方向繼續(xù)行進(jìn)(即能安全避障)，若不能，則提示模塊輸出第一提示信息(對(duì)應(yīng)可以提醒用戶加以注意的信息，例如當(dāng)提示模塊為振動(dòng)器時(shí)，第一提示信息對(duì)應(yīng)振動(dòng)信號(hào)，使用戶感受到震感)；若能，則提示模塊輸出第二提示信息(例如當(dāng)提示模塊為振動(dòng)器時(shí)，第二提示信息對(duì)應(yīng)靜音信號(hào)，使用戶不會(huì)感受到震感)，并繼續(xù)監(jiān)測(cè)超聲波檢測(cè)模塊的空間指向，實(shí)時(shí)獲知用戶當(dāng)前行進(jìn)方向是否存在風(fēng)險(xiǎn)，從而及時(shí)避障。

為了較好的理解本發(fā)明的避障裝置的輸出結(jié)果，下面舉例說(shuō)明。假設(shè)在用戶前進(jìn)方向上采樣點(diǎn)r的空間分布中，用戶當(dāng)前的行進(jìn)方向存在一個(gè)超過(guò)1m寬，2.5m高的缺口，且該缺口內(nèi)沒(méi)有超過(guò)1cm高的點(diǎn)集，此時(shí)，則認(rèn)為用戶在當(dāng)前的行進(jìn)方向是可通行的。若該缺口在用戶的左前方，而右邊是封住的，則此時(shí)右手臂佩戴的佩戴單元會(huì)發(fā)出第一提示信息，左手臂佩戴的佩戴單元會(huì)發(fā)出第二提示信息，從而引導(dǎo)用戶左轉(zhuǎn)行進(jìn)，直至方向正確為止。

綜上，以佩戴單元被佩戴于用戶的手臂上和腰胯部位為例，本發(fā)明所提供的避障裝置具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1)本發(fā)明的避障裝置的佩戴單元被佩戴于用戶的手臂上，在用戶做出伸手動(dòng)作的過(guò)程中將增大避障檢測(cè)的覆蓋范圍，同時(shí)可以支持用戶主動(dòng)檢測(cè)某個(gè)精確位置的障礙物情況。

2)利用本發(fā)明的避障裝置過(guò)程中，充分利用了人體運(yùn)動(dòng)的工學(xué)特征，用戶行走時(shí)手臂以及腰胯部位呈自然擺動(dòng)以與水平面形成一定的夾角，擴(kuò)大了佩戴單元中超聲波檢測(cè)模塊的散射角，減少了其在水平與垂直方向上的探測(cè)盲區(qū)，能夠在更大范圍進(jìn)行檢測(cè)，拉近了對(duì)用戶周圍障礙物的檢測(cè)距離，提高了構(gòu)建的障礙物空間分布模型的精準(zhǔn)度，為準(zhǔn)確避障奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3)本發(fā)明的避障裝置不局限于雙手模式(即左右手臂都佩戴有佩戴單元)，也適用于單手模式(僅左手臂或右手臂佩戴佩戴單元)，雖然單手模式相比雙手模式會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)范圍的部分降低，但是仍然具備較大的角度，可以被應(yīng)用在普通視力者視角受限的情況，如低頭使用手機(jī)，打傘遮住視線等情況。

上述描述僅是對(duì)本發(fā)明較佳實(shí)施例的描述，并非對(duì)本發(fā)明范圍的任何限定，本發(fā)明領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)上述揭示內(nèi)容做的任何變更、修飾，均屬于權(quán)利要求書(shū)的保護(hù)范圍。