智能導盲人機互動裝置的製作方法

2023-06-06 22:27:06

專利名稱：智能導盲人機互動裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種導盲裝置，具體涉及一種使用方便、可靠安全並且適用範圍 廣泛的智能導盲人機互動裝置。
背景技術：
隨著現代科學與技術的發展，國內外針對盲人導盲技術的研究已經達到一定水 平，其中導盲裝置的人機互動環節也各具特色，例如電子導盲杖，裝有超聲波感應器，能夠 感應到前方臉部高度處的障礙物，並通過震動手柄通知使用者；導盲手套，在普通手套上裝 有若干超聲波傳感器，達到避障功能；機器人導盲，作為機器人應用的另一具體領域，能發 揮機器人的實際機動性和靈活性，涉及通信、控制和導航等多項技術，導盲機器人的核心是 智能和導航技術，要求機器人具有必要的運動控制與傳感模塊，具備人機語音界面和無線 通信功能。現今，已出現紅外遙控、語音識別等相關裝置，但應用於導盲機器人領域的人機互 動裝置在功能性方面還存在些不足，如紅外遙控器的控制利用紅外發射單元將使用者的 控制指令按照一定的編碼格式，通過無線方式傳遞給電器設備，在遙控器所擁有的功能鍵 較多時候使用者只能通過傳統的記憶加按鍵組合的繁瑣控制模式，使用起來很不方便。傳 統的語音識別裝置對周圍環境的要求比較高，在戶外機器人使用過程中，識別的效果受噪 音環境影響比較大，在導盲過程中，人機互動環節同步性較差。因此，在人機接口裝置中，有 必要利用盲人等特殊人群的聽覺和觸覺，使用者可以通過語音和振動感應實現人機互動。

實用新型內容發明目的為了克服現有技術中存在的不足，本實用新型提供一種使用方便、可靠 安全並且適用範圍廣泛的智能導盲人機互動裝置，本實用新型可以實現智能導盲機器人的 人機互動功能，同時利用繩索感應張力檢測裝置實現互動裝置和導盲機器人保持適當的距
1 O技術方案為實現上述目的，本實用新型的智能導盲人機互動裝置，包括主控制 器，所述主控制器採用16位微處理器，控制主電路通過232串口連接無線模塊，實現指令的 無線傳輸；主控制器通過音頻輸入埠接入耳機麥克風，主控制器通過音頻輸出埠接入 耳機聽筒，能實現語音信息的輸入輸出；主控制器通過繩索感應張力檢測裝置與導盲機器 人連接，確保裝置和車之間保持適當的距離；主控制器通過驅動與振動感應器相連接，使用 者可以振動感應相應的狀態輸出；主控制器的中斷輸入口接入盲文觸鍵，實現四個方向鍵 和三個功能鍵的輔助輸入功能。所述主控制器具有輸入/輸出埠、定時器/計數器、A/D和D/A轉換、串行設備 輸入輸出、通用異步串行接口、低電壓監測和復位等部分，具有較高的處理速度使其能夠快 速的處理複雜的數位訊號，具有的語音處理功能。本實用新型包含語音的MIC輸入端，自帶音量調節控制；語音輸出接口 Mout，由DAC輸出接口經語音集成放大器SPY0030A放大，然後接麥克風耳機輸出；無線傳輸模塊為 串口接入嵌入式無線通信模塊，集成符合ZIGBEE協議標準的射頻收發器和微處理器，將裝 置需要傳送的指令通過無線的方式實現和導盲機器人進行傳輸。所述繩索感應張力檢測裝置為張力傳感器，本裝置選用的傳感器是一種高精度張 力測量傳感器，用於電線和化纖連接線的張力測量，保證互動裝置與導盲機器人間保持適 當的距離。所述振動感應器選用低功率紐扣振動感應器，採用邏輯門器件實現驅動從而驅動 振動感應器功能。所述無線傳輸模塊為串口接入嵌入式無線通信模塊，集成有射頻收發器和微處理 器；可組成星型、樹型和蜂窩型網狀網絡結構；所述無線通信模塊數據接口採用TTL電平收 發接口與主控制器相連接。所述盲文觸鍵接入主控制器的外中斷輸入口 INAl 7。所述導盲機器人為採用輪式結構運動的導盲機器人。本實用新型具有語音處理功能，該語音處理功能主要包括語音的訓練和識別兩個 環節，首先從一個或多個講話者多次重複講話中提取的語音參數模板，如「前進」、「後退」、 「停止」等若干條語音指令，形成特定的語音模型庫；當訓練完畢後，在實際使用過程中，當 輸入特定的語音指令時，語音處理單元把輸入語音的特徵參數與語音模型庫進行比較分析 和模式匹配，最終得到識別結果，完成相應指令的動作。有益效果本實用新型的智能導盲人機互動裝置與現有技術相比，具有以下優佔.
^ \\\ ·1.本實用新型的智能導盲人機互動裝置具有語音處理功能，可以形成語音模型庫 並完成相應指令的動作；同時具有音量調節單元，可以根據實際環境的噪聲情況，靈活調整 音量大小，採用模糊處理技術，實現混雜環境下語音指令地有效識別；2.本實用新型的人機互動裝置通過採用繩索感應張力檢測裝置，可以保證本裝置 和導盲機器人的適當安全行駛距離；3.本實用新型創新地採用振動感應器作為裝置的感應輸出部件，選用低功率紐扣 振動感應器，同時利用盲文觸鍵作為輔助輸入設備，更好地確保戶外複雜環境下人機互動 的可靠性和盲人的安全；4.本實用新型的智能導盲人機互動裝置利用無線傳輸模塊為串口接入嵌入式無 線通信模塊，數據接口採用TTL電平收發接口與主控制器相連接，將裝置需要傳送的指令 通過無線的方式實現和導盲機器人進行無線傳輸；5.本實用新型可作為智能導盲機器人的人機互動單元，可以廣泛地應用於戶外智 能導盲機器人的導盲。

圖1為本實用新型的結構框圖；圖2為導盲機器人構成示意圖；圖3為音頻信號採集示意圖；圖4為語音信號識別流程4[0024]圖5為張力傳感器檢測電路圖，其中VEE 張力傳感器的12V電源輸入正端；VSS 張力傳感器的12V電源輸入地；VOl 張力傳感器的信號輸出正端；V02 張力傳感器的信號 輸出負端；INAO 張力傳感器輸出信號經電壓跟隨器後輸出端，接入主控制器ADO ；圖6為振動感應器驅動電路圖；圖7為無線傳輸模塊接線圖，其中SLEEP 無線傳輸模塊的休眠埠 ；CENTER 無 線傳輸模塊的中心節點控制端；DEVICE 無線傳輸模塊的終端節點控制端；CONFIG 無線傳 輸模塊的配置端；RESET 無線傳輸模塊的復位控制端。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作更進一步的說明。如圖1所示，本實用新型的智能導盲人機互動裝置，包括主控制器1、無線傳輸模 塊2、耳機麥克風3、繩索感應張力檢測裝置4、振動感應器5、耳機聽筒6和盲文觸鍵7，主 控制器1採用16位微處理器，控制主電路通過232串口連接無線模塊2，實現指令的無線 傳輸；主控制器通過音頻輸入埠接入耳機麥克風3，其音頻輸出埠接入耳機聽筒6，能 實現語音信息的輸入輸出；繩索感應張力檢測裝置4為張力感應模塊，連接互動裝置和導 盲機器人之間，確保裝置和車之間保持適當的距離；振動感應器5通過驅動8與主控制器1 相連接，使用者可以振動感應相應的狀態輸出；盲文觸鍵7接入主控制器1的中斷輸入口， 實現四個方向鍵和三個功能鍵(加速、減速、啟動/停止)的輔助輸入功能。主控制器1的型號為SPCE061A，主控制器1具有輸入/輸出埠、定時器/計數 器、A/D和D/A轉換、串行設備輸入輸出、通用異步串行接口、低電壓監測和復位等部分，具 有較高的處理速度使其能夠快速的處理複雜的數位訊號，具有的語音處理功能；其中語音 的MIC輸入端，自帶自動增益(AGC)控制；語音輸出接口 Mout，由DAC輸出接口經語音集成 放大器SPY0030A放大，然後輸出，接麥克風耳機，SPY0030A工作在2. 4 6. OV範圍內，最 大輸出功率可達700mW。盲文觸鍵7接入主控制器1的外中斷輸入口 INAl 7。如圖2所示，本實用新型的智能導盲人機互動裝置的外觀結構為把手10，該把手 10與導盲機器人9連接。導盲機器人9為採用輪式結構運動的導盲機器人。導盲機器人9 為採用輪式結構運動的導盲機器人。把手10與導盲機器人9通過繩子12連接，繩子12和 導盲機器人9連接處安裝有高精度張力傳感器，張力傳感器通過內含電線的繩體12與把手 10相連，把手10內部安裝如圖1所示的主控制器1和外圍電路，把手10的握手處裝有盲文 按鍵7和振動感應器5，把手10的邊緣還給出耳機接口 11和無線通信接口 2。圖3為音頻信號採集示意圖，輸入的語音信息，通過AD採樣轉化為數字信息，其 中語音壓縮編碼的方式有波形編碼，直接將波形信號轉變為數字代碼，儘量真實地還原波 形；參數編碼，提取語音信號的特徵參數進行編碼，儘量保持語音信號的可懂性，而還原後 的波形可能與原波形差別很大；混合編碼，將參數編碼和波形編碼技術結合起來，克服了兩 種編碼的缺點。圖4為語音信號識別流程圖，本實用新型的智能導盲人機互動裝置具有語音處理 功能，該功能主要包括語音的訓練和識別兩個環節。首先從一個或多個講話者多次重複講 話中提取的語音參數模板，如「前進」、「後退」、「停止」等若干條語音指令，形成特定的語音 模型庫；當訓練完畢後，在實際使用過程中，當輸入特定的語音指令時，語音處理單元把輸入語音的特徵參數與語音模型庫進行比較分析和模式匹配，最終得到識別結果。同時，裝 置具有音量調節單元，可以根據實際環境的噪聲情況，靈活調整音量大小，採用模糊處理技 術，實現混雜環境下語音指令地有效識別。本裝置選用的張力傳感器是一種高精度張力測量傳感器，用於電線和化纖連 接線的張力測量。接線方式，紅線電源正，綠線電源負，黃線信號正，白線信號負；量程 lKg-200Kg ；標準信號輸出(0-5) V。圖5為張力傳感器檢測電路圖，VEE接+12v，VSS接地， VOl接地，V02作為信號輸出端，後接電壓跟隨器，後端輸出接入主控制器的AD輸入端ΙΝΑ0， 檢測繩索的張力。圖6為振動感應器驅動電路圖，振動感應器為DC2V-5V微型振動感應器，驅動晶片 採用74F07邏輯門實現振動感應器的驅動功能。IB12 IB15分別作為M0T0R1 4的驅動 控制埠。圖7為無線傳輸模塊接線圖，無線傳輸模塊2為串口接入嵌入式無線通信模塊，集 成符合ZIGBEE協議標準的射頻收發器和微處理器，可實現點對點、一點對多點、多點對多 點之間的設備間數據的透明傳輸；可組成星型、樹型和蜂窩型網狀網絡結構；無線通信模 塊2數據接口採用TTL電平收發接口與主控制器1相連接，將裝置需要傳送的指令通過無 線的方式實現和導盲機器人進行傳輸。以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出對於本技術領域的普通技 術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和 潤飾也應視為本實用新型的保護範圍。
權利要求1.一種智能導盲人機互動裝置，其特徵在於包括主控制器(1)，所述主控制器(1)採 用16位微處理器，控制主電路通過232串口連接無線模塊O)；主控制器(1)通過音頻輸 入埠接入耳機麥克風(3)，主控制器(1)通過音頻輸出埠接入耳機聽筒(6)；主控制器 (1)通過繩索感應張力檢測裝置(4)與導盲機器人(9)連接；主控制器(1)通過驅動(8)與 振動感應器( 相連接；主控制器(1)的中斷輸入口接入盲文觸鍵(7)。
2.根據權利要求1所述的智能導盲人機互動裝置，其特徵在於所述繩索感應張力檢 測裝置(4)為張力傳感器。
3.根據權利要求2所述的智能導盲人機互動裝置，其特徵在於所述振動感應器(5) 選用低功率紐扣振動感應器，採用邏輯門器件實現驅動(8)驅動振動感應器功能。
4.根據權利要求1至3任一項所述的智能導盲人機互動裝置，其特徵在於所述無線 傳輸模塊( 為串口接入嵌入式無線通信模塊，集成有射頻收發器和微處理器；可組成星 型、樹型和蜂窩型網狀網絡結構；所述無線通信模塊(2)數據接口採用TTL電平收發接口與 主控制器(1)相連接。
5.根據權利要求1至3任一項所述的智能導盲人機互動裝置，其特徵在於所述盲文 觸鍵⑵接入主控制器⑴的外中斷輸入口 INAl 7。
6.根據利要求1至3任一項所述的智能導盲人機互動裝置，其特徵在於所述導盲機 器人(9)為採用輪式結構運動的導盲機器人。
專利摘要本實用新型公開了一種智能導盲人機互動裝置，包括主控制器，主控制器採用16位微處理器，控制主電路通過232串口連接無線模塊；主控制器通過音頻輸入埠接入耳機麥克風，主控制器通過音頻輸出埠接入耳機聽筒；主控制器通過繩索感應張力檢測裝置與導盲機器人連接；主控制器通過驅動與振動感應器相連接；主控制器的中斷輸入口接入盲文觸鍵。本實用新型具有語音識別和播報、無線指令傳送、繩索張力感應和振動感應器輸出等功能，通過語音和振動感應實現人機互動，能夠保證互動裝置和導盲機器人保持適當的安全行駛距離，增加手持裝置的使用安全性和交互方便性，有效解決室外環境下智能導盲機器人的人機互動問題，具有良好的應用價值。
文檔編號A61H3/06GK201847887SQ201020545010
公開日2011年6月1日 申請日期2010年9月26日 優先權日2010年9月26日
發明者劉凱, 胡仁傑, 馬智勇 申請人:東南大學