一种基于惯性导航的室内导盲小车.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111562781A(43)申请公布日2020.08.21(21)申请号202010247765.0(22)申请日2020.04.01(71)申请人电子科技大学地址611731四川省成都市高新区（西区）西源大道2006号(72)发明人芶嘉承梁江楠高阳杨晓玲(51)Int.Cl.G05D1/02(2020.01)权利要求书1页说明书2页附图1页(54)发明名称一种基于惯性导航的室内导盲小车(57)摘要本发明公开了一种基于惯性导航的室内导盲小车，包括小车机械结构，用于给设备提供载体；充电器与电源，用于给外设供电；主控，用于连接各个模块，协同工作；DC电机及其驱动设备，用于控制引导盲人行进；惯性导航单元，用于在室内定位小车位置；传感器模块，用于紧急情况的判定。本发明利用单片机与各模块通信，通过惯性导航单元制导，来引导盲人前进，如遇紧急情况，经超声传感器或触碰传感器判定后电机紧急制动。CN111562781ACN111562781A权利要求书1/1页1.一种基于惯性导航的室内导盲小车，包括小车机械结构以及结构的前轮和后轮，其特征在于用于人机交互、数据处理、传感器驱动的主控；用于识别小车位置以及速度的惯性导航单元；用于获取紧急情况信息的超声传感器、触碰传感器；用于驱动小车前进的DC电机；用于提供电能的电池及其充电器。2.根据权利要求1所述的一种基于惯性导航的室内导盲小车，其特征在于：主控使用STM32，可以连接多种外设，便于硬件更新迭代，可多次烧录程序便于进行软件维护升级。3.根据权利要求1所述的一种基于惯性导航的室内导盲小车，其特征在于：惯性导航单元使用L3DG20H三轴陀螺仪和LSM303DLHC三轴加速度计，获取加速度值与角速度值。4.根据权利要求1所述的一种基于惯性导航的室内导盲小车，其特征在于：超声传感器使用HC-SR04，能使用超声波检测前方障碍物。5.根据权利要求1所述的一种基于惯性导航的室内导盲小车，其特征在于：触碰传感器使用LEGOEV345507，能在小车刚接触障碍物时迅速反馈信号。6.根据权利要求1所述的一种基于惯性导航的室内导盲小车，其特征在于：DC电机使用12V驱动，能给小车足够的牵引力带动设备以及引导盲人前进。7.根据权利要求1所述的一种基于惯性导航的室内导盲小车，其特征在于：电源采用5V、12V双通道输出，或者配置12V转5V输出，用于给主控、传感器、电机供电。2CN111562781A说明书1/2页一种基于惯性导航的室内导盲小车技术领域[0001]本发明涉及一种导盲方式，主要针对低GPS信号的室内环境，使用惯性测量单元(IMU)来完成高精度的导盲设备。背景技术[0002]随着人民整体生活质量上升，盲人作为社会中的弱势群体，也逐渐得到了更多大众的关心。目前的导盲设备种类丰富，较为成熟的包含生物型，比如导盲犬；电子型，比如基于GPS系统。虽然目前已有多种成熟的方案，但是各有不足，比如导盲犬训练繁琐、周期长、成本高、不确定因素强。基于GPS的设备在室内环境会存在较大的偏移，比较适合在室外空旷开阔的地方使用。[0003]电子化现象是导盲设备的趋势，相比于传统的人工、导盲犬节约了成本与资源，并且可以使用可编程设备来实行软件更新，对于单片机、FPGA等设备而言，也很容易扩展硬件外围，从而扩充功能。盲人的活动范围以室内为主、室外为辅以目前的技术方案，在室外的导盲设备可以依靠GPS、北斗等定位系统实现高精度的室外定位，但在室内环境下表现较差。地磁传感器虽然在室内表现比GPS好，但在室内复杂地形下的表现依然不足以推广使用，针对盲人群体在室内的需求，需要一种更优良的电子化的室内使用的导盲设备。发明内容[0004]本发明的目的就在于克服现有技术的不足，为了解决上述问题，本发明提供一种基于惯性导航的室内导盲小车。[0005]本发明采用如下技术方案：一种基于惯性导航的室内导盲小车，包括：如图1所示，一种基于惯性导航的室内导盲小车，包括小车机械结构、充电器、电源、主控、DC电机及其驱动设备、惯性导航单元、传感器模块。[0006]小车机械结构，主要给传感器、电机等设备提供载体。[0007]充电器、电源，作用为给主控、电机、传感器等设备供电，维持整个系统的正常工作。[0008]主控单片机，用于人机交互控制、驱动电机、获取传感器数据以及数据处理。[0009]DC电机用于行进功能，受主控单片机控制，根据室内的道路情况来引导盲人向正确的位置前进。[0010]惯性导航单元，主要包含由三轴加速度传感器以及三轴陀螺仪，通过传感器获得小车的加速度以及角速度，通过算法计算可得小车的位置以及速度，并辅以卡尔曼滤波等手段来精准预测小车的走向。[0011]传感器模块，包括超声传感器