[发明专利]一种人机体感交互导盲机器人及工作方法

说明书

本发明提供一种人机体感交互导盲机器人及工作方法，包括地面装置和体感交互装置；地面装置包括笼状的球形壳体和设置在球形壳体内的全向旋翼无人机；全向旋翼无人机内置控制装置，平衡支架上设置有激光雷达传感器、相机、GPS模块和电机；电机的输出轴连接固定轮，同步轮连接沿球形壳体周向设置的同步带；还设置有顶部控制器，激光雷达传感器、相机、GPS模块、电机和全向旋翼无人机均连接顶部控制器；体感交互装置包括结构相同的左交互装置和右交互装置；左交互装置包括设置在盲人左手对应位置相互连接的微型气泵和微控制器，微型气泵还连接有气囊；体感交互装置连接顶部控制器；本发明具有全地形通过能力，控制指导盲人行进，使盲人具有直观的感受。

技术领域

本发明涉及导盲机器人，具体涉及人机体感交互导盲机器人及工作方法。

背景技术

在盲人的世界，一切都湮没在黑暗里，对于这个群体而言，他们与整个色彩斑斓的世界无缘也与日新月异的科技无缘；他们除了在最熟悉的环境之外，如果没有人或导盲犬的帮助，将寸步难行；据世界卫生组织统计，截至2017年全球约有盲人7800万，而中国多达1400万；中国仅有的一家导盲犬训练基地——中国导盲犬大连基地成立于2006年，11年以来共培养118只导盲犬，平均每年培养导盲犬数量不足12只；导盲犬的服役年龄只有6-8年，而每只导盲犬的培养成本高达15-20万；目前大连导盲犬基地接受的盲人申请数量已达10多万人，年中签率达到万分之一。

所以目前导盲机器人的发展较为迅速，导盲机器人主要分为地面引导机器人与导盲眼镜两大类；导盲眼镜主要结合云计算、人工智能、视觉技术与语音交互等技术来实现引导盲人避障的功能；这类导盲机器人最大的不足有两个方面，一是利用语音交互技术与盲人信息交互，在避障时，盲人对于障碍物的距离等信息不能直观的感受到；盲人在户外行走不能获得由导盲犬引导时的安全感，由视觉引起的误差极大的增加了盲人的危险程度；北大、哈尔滨工业大学等也先后研制了以轮式机器人为载体的导盲机器人；但是受制于轮式机器人地形运动能力的限制，这种导盲机器人不能引导盲人上下楼梯、穿越地形复杂的区域。

发明内容

本发明提供一种不受地形限制具有全地形通过能力，并且通过体感交互的体感交互导盲机器人及工作方法。

本发明采用的技术方案是：一种人机体感交互导盲机器人，包括地面装置和体感交互装置；地面装置包括笼状的球形壳体和设置在球形壳体内的全向旋翼无人机；全向旋翼无人机内置控制装置，用于控制其运动姿态；球形壳体上设置有平衡支架，平衡支架上设置有激光雷达传感器、相机、GPS模块和电机；电机的输出轴连接固定轮，同步轮连接沿球形壳体周向设置的同步带；平衡支架为倒U形结构，其两端与球形壳体铰接；还设置有顶部控制器，激光雷达传感器、相机、GPS模块和电机均连接顶部控制器；体感交互装置包括结构相同的左交互装置和右交互装置；左交互装置包括设置在盲人左手对应位置相互连接的微型气泵和微控制器，微型气泵还连接有气囊；控制装置连接顶部控制器和微控制器。

进一步的，所述全向旋翼无人机包括四个结构相同的两自由度旋翼；四个两自由度旋翼分别位于正四面体的四个顶点，通过支架相互连接。

进一步的，所述两自由度旋翼包括同圆心设置的外环和内环；X轴伺服电机通过第一舵盘设置在内环上；Y轴伺服电机通过第二舵盘设置在外环上；X轴伺服电机和Y轴伺服电机均连接直流无刷电机，直流无刷电机连接叶片；X轴伺服电机、Y轴伺服电机和直流无刷电机均连接控制装置。

进一步的，所述两自由度旋翼均通过主轴连接件连接到支架。

进一步的，所述两自由度旋翼均通过设置在外环上的外连接件连接到球形壳体。

进一步的，平衡支架上还设置有陀螺仪，陀螺仪连接顶端控制器。

进一步的，所述体感交互装置还包括血氧传感器；血氧传感器连接微控制器。