[发明专利]基于步进电机的自适应调节式盲人行道探测装置及方法

说明书

本发明公开了一种盲人行道探测装置，通过传感器每隔一定时间抽样得到载具的角度，对相邻时间抽样的角度进行微分，得到这段时间内的载具角度变化量,然后将角度差负反馈与角度变化量、上一循环的补偿量求和得出这次的调整量,在控制步进电机调整之前判断载具角度变化量的值，并自适应地改变抽样速率；还判断这次的调整量过小时作为补偿量参与下一次的循环。本发明能够使用步进电机实时地调整探测器使其保持需要的探测方向，探测结果更精确；还可以自适应的改变调节的速率，使得探测器的调整幅度尽可能地缩小，达到更加稳定的探测方向，抗干扰能力强；并能防止步进电机因为调整量太小，脉冲数过少而造成的电机丢步现象，达到精确控制的效果。

技术领域

本发明属于行走辅助工具技术领域，涉及一种盲人使用的行道探测装置，更为具体的说，是能够基于步进电机进行探测器自适应调节的盲人行道探测装置及基于步进电机的自适应调节方法。

背景技术

盲人手杖作为盲人出行不可或缺的工具，在盲人出行时占有着非常重要的地位。随着科技的发展，感应元件开始应用在盲人手杖中，帮助盲人识别道路中的障碍物。例如申请号为201010156878.6的中国专利公开了一种新型盲人手杖，手杖中的超声波发射模块能够探测到障碍物并能发出语音提示。但此类技术虽能识别前方的障碍物，但其精度没有足够保证，另外由于使用者是处于运动中而不是绝对静止，而随着手杖的摆动，探测器的探测方向也会不断变化，因此超声波探测容易出现错误数据(指示地面为障碍物)或探测延滞(不能及时获取前方道路障碍物数据)等问题。再者，给使用者的提示采用单一的声音也会对身边的人造成干扰。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种盲人行道探测装置，使用步进电机实时地调整探测器使其保持需要的探测方向，令探测结果更为精确和稳定。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

基于步进电机的自适应调节式盲人行道探测装置，包括手杖和与手杖具有数据连接的手环，所述手杖包括支撑杆、设置在支撑杆顶部的把手以及设置在支撑杆底部的支撑脚，所述支撑杆上设置有超声波探测器、步进电机、编码器，编码器通过联轴器和步进电机相连，单片机读取编码器的数据积分得到电机的转动角度，从而监测步进电机的调校效果，所述支撑脚上设置有角度传感器和第一单片机，所述步进电机转轴与超声波探测器相连，所述第一单片机分别与角度传感器、步进电机、编码器和超声波探测器连接；所述角度传感器用于获取角度数据，并将数据传输至第一单片机中，第一单片机根据该数据对步进电机进行调节，从而纠正超声波探测器的角度,所述第一单片机还连接有第一无线信号传输模块，所述第一无线信号传输模块与手环上的第二无线信号传输模块进行数据传输，所述手环上还设置有第二单片机和警报元件，所述第二单片机分别与第二无线信号传输模块和警报元件连接；所述步进电机的调节包括如下步骤：

步骤1，将超声波探测器所需的探测方向设为步进电机转轴角度初始值；

步骤2，角度传感器感应角度并反馈数据至单片机；

步骤3，通过角度传感器以f的抽样速率抽样得到载具的角度T(k)，抽样数据如下：

其中，T(t)是探测器角度值随时间的变化函数，T(n)为从T(t)抽样出来的一维数组，T(k)是第k个具体的元素，δ(t)为数学函数，当t＝0时，δ(t)是1，其余均为0；

步骤4，对相邻时间抽样的角度进行微分，得到这段时间内的载具角度变化量C(k)：

C(k)＝T(k)-T(k-1)

步骤5，将角度差负反馈b(k-1)与角度变化量C(k)、上一循环的补偿量y(k-1)求和得出这次的调整量：

y(k)＝C(k)+b(k-1)+y(k-1)

步骤6，在控制步进电机之前进行如下判断：