牵引式导盲腿臂机器人.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115944509A(43)申请公布日2023.04.11(21)申请号202310159812.X(22)申请日2023.02.24(66)本国优先权数据202310157784.82023.02.13CN(71)申请人北京化工大学地址100029北京市朝阳区北三环东路15号(72)发明人黄冉许崇航曹政才黄泽华(74)专利代理机构北京思海天达知识产权代理有限公司11203专利代理师王兆波(51)Int.Cl.A61H3/06(2006.01)权利要求书1页说明书9页附图2页(54)发明名称牵引式导盲腿臂机器人(57)摘要本发明公开了牵引式四足导盲腿臂机器人，包括：导盲腿臂机器人本体；导盲腿臂机器人腿足，所述腿足用于支撑机器人身体；机械臂，导盲腿臂机器人与机械臂连接；导盲腿臂机器人通过机械臂对盲人进行引导。本发明所述牵引式导盲腿臂机器人对复杂室外环境有着更好的适应能力，腿臂协调控制算法使得机器人在行走过程中有更好的稳定性；复合场景感知模块使得机器人能够实时进行三维重建和环境信息识别；定位模块使得机器人能够实时对人‑机进行全局定位；盲人位姿跟踪模块使得机器人可以实时跟踪盲人、测量盲人位姿及检测后/侧向环境；触觉提示模块可以将台阶信息反馈给盲人，使得机器人与盲人之间的交互更加便利化和人性化，实现自主引导。CN115944509ACN115944509A权利要求书1/1页1.牵引式导盲腿臂机器人，其特征在于，包括：牵引式导盲腿臂机器人本体，所述牵引式导盲腿臂机器人本体设置有牵引式导盲腿臂机器人控制模块；牵引式导盲腿臂机器人腿足，所述牵引式导盲腿臂机器人腿足用于支撑机器人本体；机械臂，牵引式导盲腿臂机器人本体与机械臂连接；手柄，手柄与机械臂相连接；牵引式导盲腿臂机器人通过机械臂上的手柄对盲人进行引导。2.根据权利要求1所述的牵引式导盲腿臂机器人，其特征在于，牵引式导盲机器人与机械臂通过浮动基座活动连接；机械臂和牵引式导盲腿臂机器人本体之间保留转动自由度，并存在一定角度限位，适应复杂室外环境下，机器人与盲人之间位姿的变化。3.根据权利要求1所述的牵引式导盲腿臂机器人，其特征在于，牵引式导盲腿臂机器人控制模块包含刚柔耦合牵引臂及控制模块、复合场景感知模块、盲人位姿跟踪模块、触觉提示模块。刚柔耦合牵引臂及控制模块与牵引式导盲腿臂机器人本体相连接，位于牵引式导盲腿臂机器人中间位置；复合场景感知模块与牵引式导盲腿臂机器人本体相连接，位于牵引式导盲腿臂机器人头部位置；盲人位姿跟踪模块与牵引式导盲腿臂机器人本体相连接，位于牵引式导盲腿臂机器人尾部位置，触觉提示模块位于牵引臂手柄处。4.根据权利要求1或3所述的牵引式导盲腿臂机器人，其特征在于，触觉提示模块设于手柄上。5.根据权利要求3所述的牵引式导盲腿臂机器人，其特征在于，所述复合场景感知模块包括激光雷达、RGB‑D相机、侧向摄像头及力传感器。6.根据权利要求3所述的牵引式导盲腿臂机器人，其特征在于，所述盲人位姿跟踪模块包括在机器人后方装配带有深度相机的移动云台。7.根据权利要求6所述的牵引式导盲腿臂机器人，其特征在于，所述移动云台实时观测盲人位姿。首先，牵引式导盲腿臂机器人根据所感知的环境，确定机器人腿部位置，调节机器人本体位置，其次，建立图像空间与牵引臂的关节空间映射关系，基于深度独立交互矩阵实现深度信息解耦，并根据图像信息在局部规划牵引臂末端运动轨迹；最后，针对牵引臂动力学模型和人‑机力交互模型，基于贝叶斯估计学习阻抗参数，设计盲人在回路的阻抗控制策略，安全牵引盲人至期望的相对位姿。8.根据权利要求1所述的牵引式导盲腿臂机器人，其特征在于，盲人在机械臂的牵引下跟随机器人进行移动，在贝叶斯人体运动意图估计的基础上，通过预估人体运动意图及机械臂牵引盲人牵引力的大小，实现机械臂主动顺应盲人，以减少人‑机之间的"拉扯"现象。9.根据权利要求1或7所述的牵引式导盲腿臂机器人，其特征在于，所述机械臂为刚柔耦合的牵引臂，满足导盲作业对安全性和舒适性的特殊需求。10.根据权利要求1所述的牵引式导盲腿臂机器人，其特征在于，通过激光雷达和深度相机获取周围环境信息，构建轻量级可分离卷积集成语义分割网络，实现对环境信息的"端到端"高精度识别，融合语义信息和深度特征，实现人‑机安全通行综合评估方法以及基于盲道检测的可行走区域生成。2CN115944509A说明书1/9页牵引式导盲腿臂机器人技术领域[0001]本发明涉及导盲腿臂机器人系统及其导盲方法，属于残疾人辅助设备领域。背景技术[0002]据统计，中国是当今世界视障人士最多的国家之一。视障人群是社会上的弱势群体，然而，专业护理人员紧缺、辅助器具落后，为盲人群体提供出行、医疗、教育和就业等服务的任务艰巨，