一種可越障避障新型智能導盲推車的設計

作者/胡琪才、陳雪麗、汪益棟、彭靜，浙江工業職業技術學院機械工程分院

一種可越障避障新型智能導盲推車的設計

作者/胡琪才、陳雪麗、汪益棟、彭靜，浙江工業職業技術學院機械工程分院

如今以單片機為核心的控制系統廣泛應用于各種微控裝置，單片機技術的成熟可為盲人提供很多幫助。本文設計了一種導盲推車，以三角輪組的推車結構，增加超聲波和紅外線傳感器及語音模塊等實現了導盲、越障、避障、助力爬樓、伸縮、儲物、拐杖、語音提醒等功能。經實驗表明，該導盲車可以有效地幫助盲人在城市中行走，得到了預期的效果。

導盲車；單片機；傳感器；語音模塊

引言

盲人是一個沒有視覺感知力的弱勢群體，其行走在川流不息的城市中,會非常的不便和危險，隨著社會的發展，盲人對獨立生活和事業追求的渴望越來越強烈，十分需要一個專門的導盲設備來進行輔助[1]。目前盲人借助的輔助工具主要有盲杖和導盲犬。其中，使用盲杖的盲人最為普遍，然而盲杖仍存在許多不足，例如檢測范圍小、靈敏度不高，并且一旦遇到障礙物時主要依靠盲人順著盲杖輕輕用手往下滑觸摸到物體，再用盲杖探出可行走的路，過于麻煩，也不安全。而訓練一只導盲犬不僅需要大量的時間，還需要大量的人力物力財力，這就導致了高成本的導盲犬很難在普通盲人群中普及[2]。為實現導盲功能化,大眾化,本文設計了一款基于城市綜合路況的新型智能導盲車，區別于市場上其他的設備，我們的導盲推車增加了語音控制功能，并且它比以往的導盲裝置增加了利用紅外線的熱效應及超聲波區分行人和障礙物的功能；其次我們在系統中加入了GPS定位功能，免除了遇到突發事件無法與親人取得聯系的弊端，更科學，更具實用性。同時利用GPS定位系統可以更有效地在盲人迷路時為其提供導航，以及方便其家人獲得其準確的位置信息。總而言之，這款新型智能的導盲車可以實現避障、越障、助力爬樓、夜間照明、語音提醒、貨物儲放、GPS定位、拐杖等功能。

1. 導盲推車的機械結構

本文設計的導盲推車結構如圖1所示。

推車采用三角輪組的的輪子結構，盲人上下樓可以提供助力爬樓，推車中有伸縮功能，通過伸縮組件5來實現，伸開時通過鎖扣鎖住，里面形成一個貨筐，存儲貨物。不用貨筐功能時，可以收縮，節省空間，還可以作為拐杖的功能。在貨筐前方的支架7—8上，有感應單元，安裝了各種傳感器，實現推車的避障越障等功能。

2. 導盲推車的控制部分

根據導盲推車的功能要求，我們在導盲車的前方貨筐支架上安裝了內嵌式的傳感器，完成了本系統的控制部分如圖2所示。

圖1 導盲推車結構圖

圖2 導盲車系統控制方案框圖

該系統由單片機，超聲波傳感器，紅外線傳感器，光敏傳感器，GPS模塊、語音控制模塊和電機及蓄電池構成，基本功能如下：

2.1 越障避障

導盲車越障避障主要是依靠超聲波傳感器、紅外傳感器和主核處理器共同工作，根據城市路況和盲人行走速度大小的規律，我們統一設定盲人可越過的障礙是樓梯等這種較矮障礙，其余障礙視為不可通過障礙。因此我們將超聲波傳感器及紅外線傳感器的檢測距離調整為1m,并且紅外線傳感器放置距地面15cm高左右，超聲波傳感器放置在導盲車前端。當紅外線傳感器檢測到前方障礙物時，首先通過紅外線傳感器及超聲波傳感器共同作用判斷所遇障礙物是否為可翻越障礙物。若為可翻越障礙物，由控制主板控制電機實現可轉式三角形輪組的旋轉并利用語音控制模塊向盲人發出越障指令；若為不可翻越障礙物，則控制主板驅動轉向電機完成避障同時通過語音控制模塊向盲人發出轉向指令。

圖3 避障越障控制流程圖

2.2 夜間照明

導盲車夜間照明只針對夜晚或者光線較為昏暗的地方，由置于車上的光敏傳感器進行檢測當前所處環境的光線亮度值，隨之將光線亮度值傳遞給控制主板，若亮度值在設定值以下，則控制電機對置于車身的小燈泡進行通電，旨在提醒路人，保護盲人不受傷害。

2.3 語音提醒

語音提示模塊是用來提供語音提示的，將編寫好的程序和錄制的音頻載入到語音模塊中，使其能夠將主板傳來的數據轉換為聲音信息[3]。當導盲車的傳感器檢測到障礙物無法跨越，則導盲車經過主板分析后，控制系統就會發出“前方障礙不可跨越，請往左/往右繞道”；當導盲車的傳感器檢測到障礙可以跨越，導盲車的控制系統就會發出“前方障礙物可跨越，請慢行”，以此來通知盲人其當前所處的環境，引導盲人躲避不可通過的障礙。

2.4 GPS定位

導盲車安裝GPS定位系統是為了盲人發生意外時便于求救和方便其家人得知盲人當前所處位置，當盲人遇到困難而四下無人時，盲人可通過按下手柄上的按鈕，系統接收到指令后，將會發信求救信息給盲人的家人。當家人尋找盲人的時候可以通過手機查看盲人所處位置，方便救援。

3. 結論

這款自主設計開發的新型智能導盲車解決了以往盲人出行所輔助的工具功能單一、操作麻煩、危險性高等缺點，可以有效幫助盲人克服出行困難，體驗常人生活，獲取生活的信心，感受生活的快樂與幸福；但由于環境的復雜度和不確定因素的增加，出現了語音播放不及時，傳感單片檢測錯誤的情況，后期需要增加傳感器數量，提高檢測穩定性，同時增加濾波環節來消除環境中的雜波和干擾紅外線檢測的環境光線的影響，綜合穩定并提高小車的性能。

＊ [1]劉旭磊，劉彥宇，余海強，宋慶賀，賈存泰.新型智能導盲車的設計分析與研究[J].黑龍江科技信息，2016（14）.

＊ [2]王靖宇，李慧玲.我國應用行為學原理培育導盲犬存在問題分析[J].

＊ [3]韋志強，周澤天，葉文通，徐進.智能導盲車硬件系統設計[J].電子制作，2013.7.