一种可越障避障新型智能导盲推车的设计

作者/胡琪才、陈雪丽、汪益栋、彭静，浙江工业职业技术学院机械工程分院

一种可越障避障新型智能导盲推车的设计

作者/胡琪才、陈雪丽、汪益栋、彭静，浙江工业职业技术学院机械工程分院

如今以单片机为核心的控制系统广泛应用于各种微控装置，单片机技术的成熟可为盲人提供很多帮助。本文设计了一种导盲推车，以三角轮组的推车结构，增加超声波和红外线传感器及语音模块等实现了导盲、越障、避障、助力爬楼、伸缩、储物、拐杖、语音提醒等功能。经实验表明，该导盲车可以有效地帮助盲人在城市中行走，得到了预期的效果。

导盲车；单片机；传感器；语音模块

引言

盲人是一个没有视觉感知力的弱势群体，其行走在川流不息的城市中,会非常的不便和危险，随着社会的发展，盲人对独立生活和事业追求的渴望越来越强烈，十分需要一个专门的导盲设备来进行辅助[1]。目前盲人借助的辅助工具主要有盲杖和导盲犬。其中，使用盲杖的盲人最为普遍，然而盲杖仍存在许多不足，例如检测范围小、灵敏度不高，并且一旦遇到障碍物时主要依靠盲人顺着盲杖轻轻用手往下滑触摸到物体，再用盲杖探出可行走的路，过于麻烦，也不安全。而训练一只导盲犬不仅需要大量的时间，还需要大量的人力物力财力，这就导致了高成本的导盲犬很难在普通盲人群中普及[2]。为实现导盲功能化,大众化,本文设计了一款基于城市综合路况的新型智能导盲车，区别于市场上其他的设备，我们的导盲推车增加了语音控制功能，并且它比以往的导盲装置增加了利用红外线的热效应及超声波区分行人和障碍物的功能；其次我们在系统中加入了GPS定位功能，免除了遇到突发事件无法与亲人取得联系的弊端，更科学，更具实用性。同时利用GPS定位系统可以更有效地在盲人迷路时为其提供导航，以及方便其家人获得其准确的位置信息。总而言之，这款新型智能的导盲车可以实现避障、越障、助力爬楼、夜间照明、语音提醒、货物储放、GPS定位、拐杖等功能。

1. 导盲推车的机械结构

本文设计的导盲推车结构如图1所示。

推车采用三角轮组的的轮子结构，盲人上下楼可以提供助力爬楼，推车中有伸缩功能，通过伸缩组件5来实现，伸开时通过锁扣锁住，里面形成一个货筐，存储货物。不用货筐功能时，可以收缩，节省空间，还可以作为拐杖的功能。在货筐前方的支架7—8上，有感应单元，安装了各种传感器，实现推车的避障越障等功能。

2. 导盲推车的控制部分

根据导盲推车的功能要求，我们在导盲车的前方货筐支架上安装了内嵌式的传感器，完成了本系统的控制部分如图2所示。

图1 导盲推车结构图

图2 导盲车系统控制方案框图

该系统由单片机，超声波传感器，红外线传感器，光敏传感器，GPS模块、语音控制模块和电机及蓄电池构成，基本功能如下：

2.1 越障避障

导盲车越障避障主要是依靠超声波传感器、红外传感器和主核处理器共同工作，根据城市路况和盲人行走速度大小的规律，我们统一设定盲人可越过的障碍是楼梯等这种较矮障碍，其余障碍视为不可通过障碍。因此我们将超声波传感器及红外线传感器的检测距离调整为1m,并且红外线传感器放置距地面15cm高左右，超声波传感器放置在导盲车前端。当红外线传感器检测到前方障碍物时，首先通过红外线传感器及超声波传感器共同作用判断所遇障碍物是否为可翻越障碍物。若为可翻越障碍物，由控制主板控制电机实现可转式三角形轮组的旋转并利用语音控制模块向盲人发出越障指令；若为不可翻越障碍物，则控制主板驱动转向电机完成避障同时通过语音控制模块向盲人发出转向指令。

图3 避障越障控制流程图

2.2 夜间照明

导盲车夜间照明只针对夜晚或者光线较为昏暗的地方，由置于车上的光敏传感器进行检测当前所处环境的光线亮度值，随之将光线亮度值传递给控制主板，若亮度值在设定值以下，则控制电机对置于车身的小灯泡进行通电，旨在提醒路人，保护盲人不受伤害。

2.3 语音提醒

语音提示模块是用来提供语音提示的，将编写好的程序和录制的音频载入到语音模块中，使其能够将主板传来的数据转换为声音信息[3]。当导盲车的传感器检测到障碍物无法跨越，则导盲车经过主板分析后，控制系统就会发出“前方障碍不可跨越，请往左/往右绕道”；当导盲车的传感器检测到障碍可以跨越，导盲车的控制系统就会发出“前方障碍物可跨越，请慢行”，以此来通知盲人其当前所处的环境，引导盲人躲避不可通过的障碍。

2.4 GPS定位

导盲车安装GPS定位系统是为了盲人发生意外时便于求救和方便其家人得知盲人当前所处位置，当盲人遇到困难而四下无人时，盲人可通过按下手柄上的按钮，系统接收到指令后，将会发信求救信息给盲人的家人。当家人寻找盲人的时候可以通过手机查看盲人所处位置，方便救援。

3. 结论

这款自主设计开发的新型智能导盲车解决了以往盲人出行所辅助的工具功能单一、操作麻烦、危险性高等缺点，可以有效帮助盲人克服出行困难，体验常人生活，获取生活的信心，感受生活的快乐与幸福；但由于环境的复杂度和不确定因素的增加，出现了语音播放不及时，传感单片检测错误的情况，后期需要增加传感器数量，提高检测稳定性，同时增加滤波环节来消除环境中的杂波和干扰红外线检测的环境光线的影响，综合稳定并提高小车的性能。

＊ [1]刘旭磊，刘彦宇，余海强，宋庆贺，贾存泰.新型智能导盲车的设计分析与研究[J].黑龙江科技信息，2016（14）.

＊ [2]王靖宇，李慧玲.我国应用行为学原理培育导盲犬存在问题分析[J].

＊ [3]韦志强，周泽天，叶文通，徐进.智能导盲车硬件系统设计[J].电子制作，2013.7.