【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于导盲机器人，具体涉及一种配合四足导盲机器人使用的智能导盲手柄。
技术介绍
1、当前社会盲人数量激增，可以帮助盲人正常出行的导盲犬数量稀缺，培育成本较高且使用周期短。近年来，四足机器人性能不断提升，其运动能力接近真实犬类，可以适应各种复杂的地面情况。基于四足机器人设计的导盲机器人不仅拥有较好的地面通过能力，还方便大规模生产制造，相较导盲犬训练，可以更有效地帮助广大盲人群体实现出行需求。
2、目前的导航算法已经较为成熟，可以很好的完成建图，定位，避障，路径规划等任务。导盲机器人的人机交互系统是技术难点之一，以往的技术方案是通过牵引或听觉传感实现人机交互。但单纯的牵引装置难以保障舒适度以及安全性，刚性机械臂导致的突然的力变化使交互舒适度较低，而柔性牵引装置的指示引导性较弱，在复杂路况下，如窄道转弯、躲避障碍等场景，无法为视障人士提供精准引导；而听觉传感的准确性和安全性较低，无法为视障人士提供安全舒适的出行体验。
3、触觉和牵引相结合的牵引方案，由四足机器人与使用者之间的刚性杆或弹性杆和使用者手握的触觉传感器组成，能够实现更为丰富的人机交互功能，更好的完成对盲人的牵引。
4、中国专利文献cn214910149u公开了一种“导航四足机器人”，该机器人采用刚性硬杆牵引装置，可能会导致人在行走或突然停止时所受的力发生巨大而突然的变化，缺乏舒适性。
5、另一份中文专利文献cn115079690a公开了一种“导盲机器人系统”，该系统采用弹性绳，电机，力传感器的人机交互系统，通过运动规划
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了解决上述
技术介绍
存在的不足，提供一种配合四足导盲机器人使用的智能导盲手柄，为视障人士提供前方路况告知，保障更安全舒适的出行。
2、本专利技术采用的技术方案是：一种配合四足导盲机器人使用的智能导盲手柄，所述四足导盲机器人实时获取路面状况并生成当前时刻的最优路径；所述四足导盲机器人基于生成的最优路径对智能导盲手柄进行牵引，并基于生成的最优路径、路面状况信息和使用者当前位置信息实时生成最优路径上的栅格地图，并将该栅格地图发送至智能导盲手柄；所述智能导盲手柄上搭载有压电陶瓷驱动器矩阵；所述压电陶瓷驱动器矩阵根据实时接收到的栅格地图，调整每个压电陶瓷驱动器的高度以模拟最优路径上的实时路况。
3、本专利技术的有益效果是：本专利技术利用压电陶瓷的压电效应驱动矩阵，具有纳米级定位分辨率，阻滞力大，刚度高，响应速度快，尺寸小，重量轻等优点，三维压电陶瓷驱动矩阵响应速度较快，能更加实时显示地形。本专利技术通过蓝牙模块传输栅格地图，实时性较高。本专利技术通过实时建图定位和实时路径规划，得到最优路径，安全系数高。本专利技术能够及时显现使用者接下来的路径，使用者对行进路线具有前瞻性，在遇到弯道等情况时使用者可以更贴合路径规划出的路线，能够更好的完成在复杂，狭小环境中的导航任务，显著提高导航的安全性和完成度。
4、进一步地，本专利技术核心部分为三维压电陶瓷驱动矩阵，由8*8的驱动单元组成，每个驱动单元结构简单，体积较小。
5、进一步地，本专利技术利用压电陶瓷的压电效应驱动矩阵，具有纳米级定位分辨率，阻滞力大，刚度高，响应速度快，尺寸小，重量轻等优点。
6、进一步地，本专利技术基于深度传感器和slam算法和路径规划算法得出最优路径周围的栅格地图，能够及时显现使用者接下来的路径，使用者对行进路线具有前瞻性，在遇到弯道等情况时使用者可以更贴合路径规划出的路线，能够更好的完成在复杂，狭小环境中的导航任务，显著提高导航的安全性和完成度
7、进一步地，采用插值法或者聚合法将栅格地图的分辨率降至8*8，即保留了栅格地图的关键地图信息，又提高传输速度，增强实时性。
8、进一步地，通过特制的驱动芯片控制压电陶瓷驱动器的位移，能准确且快速的实现三维压电陶瓷驱动矩阵的更新，显示实时地图和路径。
9、进一步地，本专利技术基于运动性能优良的四足机器人，综合采用了各种先进的深度传感技术和控制技术，并结合最优路径，得到最终的栅格地图，能较好的完成导盲牵引任务，并通过导盲手柄进一步提高导盲的安全性和舒适性。
10、进一步地，本专利技术采用蓝牙模块传输地图信息，速度较快，进一步提高了实时性。
11、进一步地，本专利技术通过驱动芯片产生超声波振动驱动移动单元运动，具有响应速度快，阻滞力大，刚度高，噪音小等优点，能保证移动体在特定位置的稳定，更加清晰的显示实时地图。
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1.一种配合四足导盲机器人使用的智能导盲手柄，所述四足导盲机器人实时获取路面状况并生成当前时刻的最优路径；其特征在于：所述四足导盲机器人基于生成的最优路径对智能导盲手柄进行牵引，并基于生成的最优路径、路面状况信息和使用者当前位置信息实时生成最优路径上的栅格地图，并将该栅格地图发送至智能导盲手柄；所述智能导盲手柄上搭载有压电陶瓷驱动器矩阵；所述压电陶瓷驱动器矩阵根据实时接收到的栅格地图，调整每个压电陶瓷驱动器的高度以模拟最优路径上的实时路况。
2.根据权利要求1所述的一种配合四足导盲机器人使用的智能导盲手柄，其特征在于：压电陶瓷驱动器包括上下同轴设置的移动体和振动体；所述振动体为固定状态，根据指令发生形变，使移动体上下移动。
3.根据权利要求2所述的一种配合四足导盲机器人使用的智能导盲手柄，其特征在于：所述振动体包括弹性体和两片压电陶瓷；所述两片压电陶瓷对称包覆于弹性体底部侧面；根据指令对两片压电陶瓷施加高频电压，使弹性体产生超声波微观振动进而发生形变。
4.根据权利要求3所述的一种配合四足导盲机器人使用的智能导盲手柄，其特征在于：所述四足导盲机
5.根据权利要求4所述的一种配合四足导盲机器人使用的智能导盲手柄，其特征在于：基于当前时刻采用前后10帧的栅格地图，采用插值法或者聚合法，整合形成当前时刻的最终栅格地图并降低分辨率至8*8；按照栅格处有障碍物时栅格值为1，栅格处无障碍物时栅格值为0，最接近最优路径的栅格值为-1的原则，将当前时刻的最终栅格地图转化为二维数组并发送至智能导盲手柄。
6.根据权利要求5所述的一种配合四足导盲机器人使用的智能导盲手柄，其特征在于：所述智能导盲手柄集成有驱动芯片；所述压电陶瓷驱动器矩阵中每个压电陶瓷驱动器与最终栅格地图中每个栅格相对应；驱动芯片接收二维数组，发送指令至每个压电陶瓷驱动器的压电陶瓷，使栅格值为1的栅格对应的压电陶瓷驱动器的移动体向上运动，使栅格值为0的栅格对应的压电陶瓷驱动器的移动体保持本体原始状态，使栅格值为-1的栅格对应的压电陶瓷驱动器的移动体向下运动。
7.根据权利要求6所述的一种配合四足导盲机器人使用的智能导盲手柄，其特征在于：所述四足导盲机器人集成有激光雷达和深度相机，用于获取周围环境的深度信息；所述四足导盲机器人还集成有主控芯片，用于根据周围环境的深度信息计算得到二维化的最终栅格地图。
8.根据权利要求7所述的一种配合四足导盲机器人使用的智能导盲手柄，其特征在于：所述智能导盲手柄集成有蓝牙模块；所述蓝牙模块用于实现驱动芯片和主控芯片之间的通信。
9.根据权利要求6所述的一种配合四足导盲机器人使用的智能导盲手柄，其特征在于：驱动芯片对粘接于同一个弹性体上的两片压电陶瓷施加相位差为90电角度的高频电压，使弹性体内产生两组驻波，该两组驻波合成一个沿弹性体圆周方向行进的行波；该行波使得弹性体表面的质点形成一定运动轨迹的超声波微观振动，该微观振动通过振动体和移动体之间的摩擦作用使移动体沿逆行波传播方向做连续宏观运动；驱动芯片通过控制所施加的电压改变行波的传播方向，进而改变移动体运动方向。
...【技术特征摘要】
1.一种配合四足导盲机器人使用的智能导盲手柄，所述四足导盲机器人实时获取路面状况并生成当前时刻的最优路径；其特征在于：所述四足导盲机器人基于生成的最优路径对智能导盲手柄进行牵引，并基于生成的最优路径、路面状况信息和使用者当前位置信息实时生成最优路径上的栅格地图，并将该栅格地图发送至智能导盲手柄；所述智能导盲手柄上搭载有压电陶瓷驱动器矩阵；所述压电陶瓷驱动器矩阵根据实时接收到的栅格地图，调整每个压电陶瓷驱动器的高度以模拟最优路径上的实时路况。
2.根据权利要求1所述的一种配合四足导盲机器人使用的智能导盲手柄，其特征在于：压电陶瓷驱动器包括上下同轴设置的移动体和振动体；所述振动体为固定状态，根据指令发生形变，使移动体上下移动。
3.根据权利要求2所述的一种配合四足导盲机器人使用的智能导盲手柄，其特征在于：所述振动体包括弹性体和两片压电陶瓷；所述两片压电陶瓷对称包覆于弹性体底部侧面；根据指令对两片压电陶瓷施加高频电压，使弹性体产生超声波微观振动进而发生形变。
4.根据权利要求3所述的一种配合四足导盲机器人使用的智能导盲手柄，其特征在于：所述四足导盲机器人基于周围环境的深度信息，利用建图算法，构建出大范围栅格地图；并基于大范围栅格地图，通过全局路径规划算法得到全局最优路径；并基于大范围栅格地图和周围环境的深度信息，确定自身当前所在位置；通过局部路径规划算法，在规避障碍物保障使用者安全的同时，基于自身当前所在位置，得到最接近全局最优路径的局部最优路径；基于大范围栅格地图，获取实时的局部最优路径上附近的栅格地图，作为当前时刻的栅格地图。
5.根据权利要求4所述的一种配合四足导盲机器人使用的智能导盲手柄，其特征在于：基于当前时刻采用前后10帧的栅格地图，采用插值法或者聚合法...
【专利技术属性】
技术研发人员：庞牧野，刘自强，蒋若冰，万梓豪，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：
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