專(zhuān)利申請說(shuō)明書(shū)

專(zhuān)利申請說(shuō)明書(shū)1

　　一種電子導盲犬機器人

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明涉及一種電子導盲犬機器人，具體涉及一種機電一體化、多傳感器融合、自動(dòng)導航及控制的電子導盲犬機器人。

　　背景技術(shù)

　　世界上一共有3000萬(wàn)盲人，其中我國有500萬(wàn)盲人，我國是世界上盲人最多的國家，還有相當數量的人有視力障礙，失明和視弱極大地影響了這些人群的正常生活和工作。培養一只導盲犬的費用在30萬(wàn)以上，正常家庭難以承受經(jīng)濟負擔，而且導盲犬的訓練周期相對較長(cháng)，服務(wù)壽命相對較短。因此，導盲犬機器人的研制有著(zhù)非常實(shí)際的意義和廣泛的用途。據查閱相關(guān)資料，現在的導盲器具的研究和應用基本上可分為三類(lèi)：第一類(lèi)是導盲手杖，在手杖上面加裝各種裝置來(lái)達到探測障礙和導盲的作用，第二類(lèi)是穿戴設備，在導盲犬或者盲人身上穿戴導航設備進(jìn)行導盲，第三類(lèi)是機器人，通過(guò)自動(dòng)或半自動(dòng)方式導航，實(shí)現一定的控制功能，從而幫助盲人，本發(fā)明屬于這一類(lèi)。

　　針對現存的導盲器具研究，導盲手杖受到自身形狀和操作方式的限制，基本只能實(shí)現部分導盲功能，穿戴設備更是影響人體美觀(guān)，造成行動(dòng)不便，每次使用都需要穿上和脫下，本發(fā)明避免了上述問(wèn)題，并實(shí)現了其具有創(chuàng )新性的設計功能，包含豐富的傳感器系統和導航系統，能自動(dòng)處理信息，實(shí)現良好的導航和控制效果。

　　發(fā)明內容發(fā)明目的：本發(fā)明就是針對上述導盲研究存在的問(wèn)題，提供一種電子導盲犬機器人，解決盲人和視力障礙人士出行問(wèn)題。本發(fā)明不需要穿戴任何設備或輔助器具，將復雜操作轉化為簡(jiǎn)單操作，利用嵌入式處理器智能化處理信息。針對這部分人的視力障礙問(wèn)題，利用衛星導航精確定位，同時(shí)檢測方向和姿態(tài)等相關(guān)信息，規劃出最佳路線(xiàn)，在導航方面為盲人進(jìn)行有效的服務(wù)。在實(shí)現導航功能的同時(shí)，引入避障和自動(dòng)控制轉彎的功能，用遙控和語(yǔ)音的方式進(jìn)行人機交互,方便操作。技術(shù)方案：本發(fā)明由機械部分和電子部分組成，機械部分是車(chē)體為一塊木板前部有方形孔，孔內安裝有舵機，舵機通過(guò)舵機連接機構與定向輪相連，木板后部有定向輪，車(chē)體后部有轉動(dòng)關(guān)節連接手推桿，車(chē)體中部的左側有天線(xiàn)桿;電子部分是電路底板上的中央處理器通過(guò)電路與紅外傳感器陣列、語(yǔ)音模塊、揚聲器、光電開(kāi)關(guān)、地磁傳感器、加速度計模塊、遙控接收電路、穩壓器、串口電路、GPS模塊、GPS信號接收器、遙控器、攝像頭相連接;鎳氫電池為電子部分提供電能，手推桿由人力推動(dòng)為機器人提供動(dòng)力。（本段名詞后面要加標號）

　　所述的舵機的舵盤(pán)和方向輪固定在一起，方向輪隨著(zhù)舵機轉動(dòng)，從而改變機器人前進(jìn)的方向。

　　所述的手推桿連接在單自由度的轉動(dòng)關(guān)節上，作用是提供動(dòng)力和保持車(chē)體平衡。所述的'天線(xiàn)桿高度為30cm,末端同時(shí)安裝了攝像頭和GPS信號接收器。

　　所述的紅外傳感器陣列安裝在車(chē)體前部，用于檢測人行道。

　　所述的光電開(kāi)關(guān)安裝在車(chē)體前部，用于檢測機器人前方障礙物。

　　所述的遙控器安裝在手推桿末端，向遙控接收電路發(fā)射操作命令。

　　所述的中央處理器為MC9S12DG128單片機及其外圍電路。

　　所述的語(yǔ)音模塊采用ASR-R8型模塊，能發(fā)電子女聲播報相關(guān)的導航信息和提示信息，導航信息有定位信息、航向信息，提示信息有當前位置名稱(chēng)、目的地名稱(chēng)、前方有障礙物、坡度信息，聲音通過(guò)安裝在車(chē)體中部的揚聲器進(jìn)行放大。

　　所述的攝像頭為模擬攝像頭，采集的圖象為黑白圖象。

　　所述的地磁傳感器采用的是霍尼韋爾公司的HMC5883L型平面數據電子羅盤(pán)，提供的導航精度為1RMS。

　　所述的加速度計為飛思卡爾公司的MMA7455三軸數字加速度傳感器，用于檢測重力場(chǎng)從而提示坡度信息，提示前方有坡道。

　　所述的GPS模塊通過(guò)RS232串口電路將定位信息傳送給中央處理器。有益效果：

　　(1)能對導盲犬機器人的位置進(jìn)行GPS衛星定位，在天氣良好的情況下，定位精度在20米以?xún)�，通過(guò)遙控器設定目前所在地和目的地，自動(dòng)規劃行走街道路徑，并且用電子女聲提示。

　　(2)紅外傳感器陣列能對機器人所在地面上的白色人行線(xiàn)進(jìn)行檢測，控制機器人沿著(zhù)該線(xiàn)前進(jìn)。

　　(3)光電開(kāi)關(guān)能對前方50cm范圍內的障礙物進(jìn)行探測，如果有障礙物會(huì )提示“前方有障礙，請繞行”女聲提示音，并且自動(dòng)控制舵機改變車(chē)體前進(jìn)方向。

　　(4)能利用地傳感器感應地球磁場(chǎng)，實(shí)時(shí)檢測自身方向，精度為1RMS。

　　(5)能利用加速度計劃感應地球重力場(chǎng)，實(shí)時(shí)檢測自身傾斜角，如果遇到坡道會(huì )提示“前方有上坡”女聲提示音，并且燈起指示燈。

　　(6)能存儲攝像頭采集的圖像。

　　附圖說(shuō)明

　　圖1為本發(fā)明電子導盲犬機器人的結構示意圖;

　　圖2為本發(fā)明電子導盲犬機器人的系統結構框圖;

　　圖3為本發(fā)明電子導盲犬機器人的程序流程圖。

　　具體實(shí)施方式

　　結合附圖說(shuō)明，下面闡述本發(fā)明。

　　圖1為本發(fā)明電子導盲犬機器人的結構示意圖，本發(fā)明由機械部分和電子部分組成，機械部分是車(chē)體為一塊木板，該木板的尺寸為寬10cm、長(cháng)30cm，屬于硬質(zhì)模型加工用木板。在木板前部5cm處有方形孔，方形孔尺寸為舵機的截面大小，孔內安裝有舵機，舵機采集MG995舵機，舵機的最大力矩為13kg，舵機通過(guò)舵機連接機構與方向輪相連，連接機構是將舵機的舵盤(pán)與方向輪的末端連接起來(lái)。木板后部安裝定向輪，定向輪不能繞鉛垂線(xiàn)轉動(dòng)。車(chē)體后部有單自由度轉動(dòng)關(guān)節連接手推桿，手推桿長(cháng)度為80cm，直徑為3cm的鋁合金桿，手推桿末端固定安裝遙控器，遙控器上有啟動(dòng)按鈕和選擇按鈕，車(chē)體中部的左側有天線(xiàn)桿，天線(xiàn)桿末端安裝有攝像頭和GPS信號接收器，天線(xiàn)桿高度為30cm。

　　電子部分是電路底板上的中央處理器通過(guò)電路與紅外傳感器陣列、語(yǔ)音模塊、揚聲器、光電開(kāi)關(guān)、地磁傳感器、加速度計模塊、遙控接收電路、穩壓器、串口電路、GPS模塊、GPS信號接收器、遙控器、攝像頭相連接。其中中央處理器、穩壓器、串口電路集成在一塊電路板上，地磁傳感器、加速度計模塊、遙控接收電路分別為單個(gè)電路板與中央處理器電路板疊放連接;紅外傳感器含10對發(fā)射管與接收管，按直線(xiàn)型均勻排布集成在一塊電路板上，安裝在車(chē)體最前部;語(yǔ)音模塊集成在一塊電路板上，與揚聲器相連;GPS模塊為一塊集成電路板，與GPS信號接收器相連。

　　鎳氫電池為電子部分提供電能，標稱(chēng)電池為,電池容量為20xxmAh，為所有電路系統供電，其中語(yǔ)音模塊、GPS模塊、地磁傳感器、加速度計模塊的工作電壓為,其余電

　　路系統工作電壓為5V。中央處理器外圍的穩壓電路將電壓降壓后，穩定輸出5V電壓，供所有5V芯片及電路工作。機器人行動(dòng)無(wú)須任何能源，盲人推動(dòng)手推桿為機器人提供動(dòng)力，由于機器人是兩輪結構，節約車(chē)輪的設計也帶來(lái)不平衡的現象，可見(jiàn)，手推桿的設計既可以提供機器人前進(jìn)的動(dòng)力，又可以由盲人掌握機器人的平衡。

　　本發(fā)明加裝了多個(gè)傳感器系統，紅外傳感器系統是利用發(fā)射管發(fā)射紅外線(xiàn)，光線(xiàn)照射在淺色和深色物體上的時(shí)候吸收量不同，經(jīng)物體反射后用接收管測量反射回來(lái)的光的強度來(lái)判斷物體顏色深淺，特別是深淺對比度大的情況下，判別效果更佳。本發(fā)明的紅外傳感器采用10對發(fā)射管與接收管，紅外線(xiàn)的波長(cháng)采用700nm至1000nm的紅外光，接收管的輸出電壓比較少，故采用8050三極管的開(kāi)關(guān)特性來(lái)進(jìn)行放大，輸出的模擬電壓可供中央處理器識別。由于10對紅外管排布呈直線(xiàn)，如果機器人下方有深淺對比度大的線(xiàn)條形狀時(shí)，每對紅外管的輸出電壓會(huì )不一樣，紅外光照射在淺色區反射量大，電壓更高，通過(guò)在處理器的程序算法里加入閾值比較，可以識別出該線(xiàn)條。光電開(kāi)關(guān)也使用該波段的紅外光，但是功率提高，使光能探測的距離提高到半米之內，如果前方無(wú)障礙物，光電開(kāi)關(guān)將連續輸出電壓，如果有電壓下降沿，則說(shuō)明前方有障礙。

　　語(yǔ)音模塊是使用的ASR-R8語(yǔ)音模塊，是非特定人聲識別系統，可以識別非特定的多人標準普通話(huà)發(fā)音，但是考慮到在室外復雜的聲音環(huán)境，以后識別時(shí)滯的因素，故命令采用由遙控器來(lái)發(fā)送，而響應由該模塊來(lái)執行。語(yǔ)音模塊可以反復進(jìn)行編程，可以存儲特定的語(yǔ)句，將固定的地點(diǎn)、導航提示音以及其它提示音，先進(jìn)行存儲。模塊內部有單獨的處理芯片，對音頻數據進(jìn)行處理，中央處理器只需要進(jìn)行指令發(fā)送即可調用相關(guān)的聲音文件，使語(yǔ)音模塊發(fā)出清晰的電子女聲，經(jīng)揚聲器放大后，盲人可以清晰辨識。

　　導航系統則由GPS、地磁、慣性導航三種導航方式組合來(lái)得到豐富的導航信息，輸出的形式均為可由微型計算機讀取的電壓信號。GPS信號接收器安裝在天線(xiàn)桿的頂端，安排在機器人的最高點(diǎn)更容易接收信號，由于該接收頭是帶磁性的，工作時(shí)頻率為高頻狀態(tài)，充分與其它電路部分隔離。GPS信號處理器由REB-3571衛星導航芯片作為處理器，處理后的信息通過(guò)74HC573和MAX3232CSA串口轉化芯片將數據串行化，數據具有固定的格式，包含時(shí)間、經(jīng)度、緯度信息。地磁傳感器采用的是霍尼韋爾公司的HMC5883L型平面數據電子羅盤(pán)，測量X和Y兩個(gè)方向的磁阻傳感器感應地球的磁分量，從而得到方位角，提供的導航精度為1RMS。在使用前需要對該傳感器進(jìn)行初始化和標定，以精確匹配地球磁場(chǎng)，初始化方法是上電后緩慢繞中軸旋轉一周，旋轉時(shí)間為一分鐘，標定是考慮到當地的緯度不同，地球的磁偏角不同，所以需要上網(wǎng)查詢(xún)當地磁偏角后，將其標定到數據里，通過(guò)一定的導航算法得到精確航向信息。慣性導航由簡(jiǎn)易的測角系統構成，MMA7455加速度計安裝的時(shí)候地垂線(xiàn)重合，如果不重合則在軟件程序里標定，將其考慮到數據里，計算時(shí)再減去該項，測量機器人與地垂線(xiàn)的夾角，從而判斷是否遇到了上坡。

　　攝像頭模塊使用模擬攝像頭OV7620，分辨率640x480，每秒產(chǎn)生30幀圖像，每幀兩場(chǎng)，1秒鐘采集60幀圖像，采集的圖像為黑白圖像，直接由中央處理器存儲到SD卡內，記錄行動(dòng)的路徑圖像，可供盲人外的其它人使用。

　　中央處理器使用的是MC9S12DG128單片機，由于信息量大的語(yǔ)音和GPS部分均有協(xié)處理器，該主處理器的功能主要是完成一些傳感器信息融合和控制算法的實(shí)現。

　　本發(fā)明操作過(guò)程簡(jiǎn)捷，手握住機器人的手推桿，準備好前進(jìn)后，上電后，傳感器開(kāi)始初始化，按下遙控器啟動(dòng)按鈕，選擇當前地點(diǎn)和目的地，然后機器人開(kāi)始用發(fā)出電子女聲提示剛才的選擇，機器人開(kāi)始前進(jìn)。在前進(jìn)過(guò)程中，如果由衛星定位到需要轉彎的地方，會(huì )發(fā)出電子女聲提示轉彎，然后舵機打舵帶動(dòng)方向輪自動(dòng)轉彎;遇到半米內的障礙物，會(huì )自動(dòng)帶盲人繞開(kāi)該障礙，閾發(fā)出電子女聲提示有障礙;在遇到上坡時(shí)，自動(dòng)亮起指示燈，用電子女聲提示前方有上坡。

　　本發(fā)明在結構上進(jìn)行了豐富設計，充分利用了各傳感器的功能，并綜合利用導航和控制算法，實(shí)現了當前導盲研究與應用領(lǐng)域的一些新突破，達到了智能導盲的作用。

專(zhuān)利申請說(shuō)明書(shū)2

　　一、申請程序：

　　1、提出專(zhuān)利申請，簽定委托書(shū)，提供詳細的發(fā)明人（設計人）或申請人姓名（以法人單位名義申請的應寫(xiě)出法人單位的全稱(chēng)）、郵編、地址、傳真和聯(lián)系人的姓名及電話(huà)。檢索所要申報的專(zhuān)利內容（根據申請人的要求進(jìn)行檢索）。

　　二、實(shí)用新型專(zhuān)利申請：

　　1、發(fā)明創(chuàng )造名稱(chēng)：

　　名稱(chēng)應簡(jiǎn)單、明確地反映發(fā)明創(chuàng )造的主題和類(lèi)型，（不得超過(guò)25字），名稱(chēng)不得使用人名、地名、商標、型號及商業(yè)宣傳用語(yǔ)，也不得使用代號或含糊不清的詞匯，應盡可能采用國際專(zhuān)利分類(lèi)表中的技術(shù)語(yǔ)或國家標準規定術(shù)語(yǔ)或常用的規范術(shù)語(yǔ)。

　　2、現有技術(shù)（本發(fā)明的背景技術(shù)）：

　　應寫(xiě)明與本發(fā)明技術(shù)最相接近的現有技術(shù)的情況，說(shuō)明其優(yōu)點(diǎn)并實(shí)事求是地指出其存在的主要問(wèn)題及不足之處，例如某國號專(zhuān)利，或某出版物名稱(chēng)等。

　　發(fā)明創(chuàng )造為產(chǎn)品的，如對于現有技術(shù)的結構用文字難以描述清楚時(shí)，可附圖說(shuō)明。

　　3、發(fā)明創(chuàng )造的技術(shù)方案：

　　對于產(chǎn)品類(lèi)的.發(fā)明創(chuàng )造，應結合附圖，清楚、完整地寫(xiě)明構件名稱(chēng)、各構件之間的聯(lián)接關(guān)系、動(dòng)作原理和工作程序，以所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠實(shí)現為準。

　　對于電子類(lèi)的發(fā)明創(chuàng )造，應提供電路圖或框圖，并結合硬件說(shuō)明其構造特征。

　　4、附圖說(shuō)明：

　　附圖應按機械制圖標準繪制。附圖的圖面上一般不得寫(xiě)有漢字，零件應用阿拉伯數字標出，并在說(shuō)明書(shū)中說(shuō)明每個(gè)標號所代表的零件名稱(chēng)，同一零件的標號在各幅附圖中均應一致，不得使用同一標號來(lái)代表不同的零件。制圖有困難時(shí)，可委托代理機構繪制。

　　5、實(shí)施例

　　對于產(chǎn)品類(lèi)的發(fā)明，實(shí)施例是實(shí)現發(fā)明創(chuàng )造的具體化設計，這一部分應結合附圖進(jìn)行說(shuō)明，并將附圖中的標號標注在相應的零件之后。實(shí)施例中應包括上述第三部分技術(shù)方案的全部?jì)热�，并作具體的描述，每一幅附圖均應說(shuō)明，每一個(gè)有標號的零件在實(shí)施例中至少提到一次。必要時(shí)可說(shuō)明其功能、動(dòng)態(tài)構造和使用方法。如有多個(gè)實(shí)施例，則每個(gè)實(shí)施例均應具體說(shuō)明。

　　三、時(shí)間：

　　1、新型專(zhuān)利從申請日起，約8~10個(gè)月收到專(zhuān)利局“授權通知書(shū)”。

　　2、按規定繳納證書(shū)費后，約一個(gè)半月，發(fā)《專(zhuān)利證書(shū)》。

專(zhuān)利申請說(shuō)明書(shū)3

　　【技術(shù)領(lǐng)域】本實(shí)用新型涉及機械設備，具體地涉及一種自改分隔輸送線(xiàn)。

　　【背景技術(shù)】目前，醫藥企業(yè)后包裝工序紙箱在輥筒輸送線(xiàn)上傳送時(shí)沒(méi)有自動(dòng)分隔紙箱的裝置，紙箱在傳送過(guò)程中有兩個(gè)或兩個(gè)以上緊密連接的情況出現。當緊密連接的紙箱被傳送至自動(dòng)封箱機時(shí)會(huì )導致無(wú)法封箱，因此需要人工將連接在一起的紙箱手動(dòng)分開(kāi)。如果輥筒輸送線(xiàn)能自動(dòng)分隔紙箱將大大節約人力成本，提高勞動(dòng)效率。

　　輸送線(xiàn)是一種醫藥企業(yè)常用的設備，可用于各種物料的短、中、長(cháng)距離輸送，使用范圍廣泛，但普通輥筒輸送線(xiàn)只能簡(jiǎn)單的對物料進(jìn)行輸送，無(wú)法實(shí)現分隔輸送功能，因此分隔輸送是醫藥企業(yè)迫切需要解決的問(wèn)題。

　　【發(fā)明內容】本實(shí)用新型針對以上的問(wèn)題，提供一種自改分隔輸送線(xiàn)。這種自改分隔輸送線(xiàn)，采用輥筒輸送線(xiàn)為主體，其特征在于：將整輥筒輸送線(xiàn)分割為兩段，在兩段輥筒輸送線(xiàn)中間加裝一段皮帶輸送線(xiàn)，在輥筒輸送線(xiàn)和皮帶輸送線(xiàn)上安裝氣缸擋板，氣缸擋板由光電開(kāi)關(guān)控制。

　　本實(shí)用新型的`有點(diǎn)是：控制精度高，節約勞動(dòng)力，大大提高生產(chǎn)效率。

　　圖1是本實(shí)用新型的俯視圖

　　圖中：

　　1、輥筒輸送機A，

　　2、皮帶輸送機，

　　3、輥筒輸送機B。圖2是本實(shí)用新新的主結構圖

　　圖中：

　　4、鏈條A,

　　5、電機A,

　　6、氣缸擋板A,

　　7、關(guān)電開(kāi)關(guān)A,

　　8、氣缸擋板B,

　　9、電機B,

　　10、張緊輪，

　　11、皮帶，

　　12、關(guān)電開(kāi)關(guān)B,

　　13、氣缸擋板C,

　　14、鏈條B,

　　15、電機C,

　　16、光電開(kāi)關(guān)C，

　　17、自動(dòng)封箱機。

　　【具體實(shí)施方式】下面結合附圖對本實(shí)用新型的實(shí)施闡述如下：

　　參照圖

　　1、圖2，紙箱由輥筒輸送機A1向皮帶輸送機2方向傳送，最終到達輥筒輸送機B3。輥筒輸送機A1由電機A5帶動(dòng)鏈條A4驅動(dòng)，皮帶輸送機由電機B9帶動(dòng)皮帶11驅動(dòng)，輥筒輸送機B3由電機C15帶動(dòng)鏈條B14驅動(dòng)。

　　當光電開(kāi)關(guān)A7處無(wú)紙箱時(shí)，氣缸擋板A8降至下限位，反之氣缸擋板A8升至上限位。當光電開(kāi)關(guān)B12處無(wú)紙箱時(shí)氣缸擋板B8降至下限位，反之氣缸擋板B8升至上限位，氣缸擋板B8與光電開(kāi)關(guān)A7距離為倍紙箱的長(cháng)度。當光電開(kāi)關(guān)C16處有紙箱時(shí)氣缸擋板C13降至下限位，反之氣缸擋板C13升至上限位，氣缸擋板B8與氣缸擋板C13之間距離為1倍紙箱的長(cháng)度。

　　通過(guò)變頻器調速使皮帶輸送機2的線(xiàn)速度低于輥筒輸送機A1和輥筒輸送機B3，當氣缸擋板A6降至下限位時(shí)第一個(gè)紙箱傳送至皮帶輸送機2，當氣缸擋板B8降至下限位時(shí)紙箱由皮帶輸送線(xiàn)2傳送至輥筒輸送線(xiàn)B2，由于皮帶輸送機2的線(xiàn)速度低于輥筒輸送機A2。第一個(gè)紙箱傳送速度將大于第二個(gè)紙箱，使得兩個(gè)紙箱之間拉開(kāi)一定距離，第一個(gè)紙箱到達光電開(kāi)關(guān)B12時(shí)第二個(gè)紙箱仍然在關(guān)氣缸擋板B8前，氣缸擋板B8升至上限位，擋住后面紙箱繼續向前傳送，達到分隔紙箱的目的。紙箱到達光電開(kāi)關(guān)C16時(shí)氣缸擋板C13升至上限位，擋住后面紙箱繼續向前傳送，紙箱越過(guò)關(guān)電開(kāi)關(guān)C16氣缸擋板C13降至下限位，完成一個(gè)封箱傳送周期。

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