專利名稱：智能導(dǎo)盲人機互動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種導(dǎo)盲裝置，具體涉及一種使用方便、可靠安全并且適用范圍廣泛 的智能導(dǎo)盲人機互動裝置。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外針對盲人導(dǎo)盲技術(shù)的研究已經(jīng)達(dá)到一定水 平，其中導(dǎo)盲裝置的人機互動環(huán)節(jié)也各具特色，例如電子導(dǎo)盲杖，裝有超聲波感應(yīng)器，能夠 感應(yīng)到前方臉部高度處的障礙物，并通過震動手柄通知使用者；導(dǎo)盲手套，在普通手套上裝 有若干超聲波傳感器，達(dá)到避障功能；機器人導(dǎo)盲，作為機器人應(yīng)用的另一具體領(lǐng)域，能發(fā) 揮機器人的實際機動性和靈活性，涉及通信、控制和導(dǎo)航等多項技術(shù)，導(dǎo)盲機器人的核心是 智能和導(dǎo)航技術(shù)，要求機器人具有必要的運動控制與傳感模塊，具備人機語音界面和無線 通信功能。現(xiàn)今，已出現(xiàn)紅外遙控、語音識別等相關(guān)裝置，但應(yīng)用于導(dǎo)盲機器人領(lǐng)域的人機互 動裝置在功能性方面還存在些不足，如紅外遙控器的控制利用紅外發(fā)射單元將使用者的 控制指令按照一定的編碼格式，通過無線方式傳遞給電器設(shè)備，在遙控器所擁有的功能鍵 較多時候使用者只能通過傳統(tǒng)的記憶加按鍵組合的繁瑣控制模式，使用起來很不方便。傳 統(tǒng)的語音識別裝置對周圍環(huán)境的要求比較高，在戶外機器人使用過程中，識別的效果受噪 音環(huán)境影響比較大，在導(dǎo)盲過程中，人機互動環(huán)節(jié)同步性較差。因此，在人機接口裝置中，有 必要利用盲人等特殊人群的聽覺和觸覺，使用者可以通過語音和振動感應(yīng)實現(xiàn)人機互動。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種使用方便、可靠安全 并且適用范圍廣泛的智能導(dǎo)盲人機互動裝置，本發(fā)明可以實現(xiàn)智能導(dǎo)盲機器人的人機互動 功能，同時利用繩索感應(yīng)張力檢測裝置實現(xiàn)互動裝置和導(dǎo)盲機器人保持適當(dāng)?shù)木嚯x。技術(shù)方案為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的智能導(dǎo)盲人機互動裝置，包括主控制器，所 述主控制器采用16位微處理器，控制主電路通過232串口連接無線模塊，實現(xiàn)指令的無線 傳輸；主控制器通過音頻輸入端口接入耳機麥克風(fēng)，主控制器通過音頻輸出端口接入耳機 聽筒，能實現(xiàn)語音信息的輸入輸出；主控制器通過繩索感應(yīng)張力檢測裝置與導(dǎo)盲機器人連 接，確保裝置和車之間保持適當(dāng)?shù)木嚯x；主控制器通過驅(qū)動與振動感應(yīng)器相連接，使用者可 以振動感應(yīng)相應(yīng)的狀態(tài)輸出；主控制器的中斷輸入口接入盲文觸鍵，實現(xiàn)四個方向鍵和三 個功能鍵的輔助輸入功能。所述主控制器具有輸入/輸出端口、定時器/計數(shù)器、A/D和D/A轉(zhuǎn)換、串行設(shè)備 輸入輸出、通用異步串行接口、低電壓監(jiān)測和復(fù)位等部分，具有較高的處理速度使其能夠快 速的處理復(fù)雜的數(shù)字信號，具有的語音處理功能。本發(fā)明包含語音的MIC輸入端，自帶音量調(diào)節(jié)控制；語音輸出接口 Mout，由DAC輸 出接口經(jīng)語音集成放大器SPY0030A放大，然后接麥克風(fēng)耳機輸出；無線傳輸模塊為串口接
3入嵌入式無線通信模塊，集成符合ZIGBEE協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的射頻收發(fā)器和微處理器，將裝置需要 傳送的指令通過無線的方式實現(xiàn)和導(dǎo)盲機器人進(jìn)行傳輸。所述繩索感應(yīng)張力檢測裝置為張力傳感器，本裝置選用的傳感器是一種高精度張 力測量傳感器，用于電線和化纖連接線的張力測量，保證互動裝置與導(dǎo)盲機器人間保持適 當(dāng)?shù)木嚯x。所述振動感應(yīng)器選用低功率紐扣振動感應(yīng)器，采用邏輯門器件實現(xiàn)驅(qū)動從而驅(qū)動 振動感應(yīng)器功能。所述無線傳輸模塊為串口接入嵌入式無線通信模塊，集成有射頻收發(fā)器和微處理 器；可組成星型、樹型和蜂窩型網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；所述無線通信模塊數(shù)據(jù)接口采用TTL電平收 發(fā)接口與主控制器相連接。所述盲文觸鍵接入主控制器的外中斷輸入口 INAl 7。所述導(dǎo)盲機器人為采用輪式結(jié)構(gòu)運動的導(dǎo)盲機器人。本發(fā)明具有語音處理功能，該語音處理功能主要包括語音的訓(xùn)練和識別兩個環(huán) 節(jié)，首先從一個或多個講話者多次重復(fù)講話中提取的語音參數(shù)模板，如“前進(jìn)”、“后退”、 “停止”等若干條語音指令，形成特定的語音模型庫；當(dāng)訓(xùn)練完畢后，在實際使用過程中，當(dāng) 輸入特定的語音指令時，語音處理單元把輸入語音的特征參數(shù)與語音模型庫進(jìn)行比較分析 和模式匹配，最終得到識別結(jié)果，完成相應(yīng)指令的動作。有益效果本發(fā)明的智能導(dǎo)盲人機互動裝置與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點1.本發(fā)明的智能導(dǎo)盲人機互動裝置具有語音處理功能，可以形成語音模型庫并完 成相應(yīng)指令的動作；同時具有音量調(diào)節(jié)單元，可以根據(jù)實際環(huán)境的噪聲情況，靈活調(diào)整音量 大小，采用模糊處理技術(shù)，實現(xiàn)混雜環(huán)境下語音指令地有效識別；2.本發(fā)明的人機互動裝置通過采用繩索感應(yīng)張力檢測裝置，可以保證本裝置和導(dǎo) 盲機器人的適當(dāng)安全行駛距離；3.本發(fā)明創(chuàng)新地采用振動感應(yīng)器作為裝置的感應(yīng)輸出部件，選用低功率紐扣振動 感應(yīng)器，同時利用盲文觸鍵作為輔助輸入設(shè)備，更好地確保戶外復(fù)雜環(huán)境下人機互動的可 靠性和盲人的安全；4.本發(fā)明的智能導(dǎo)盲人機互動裝置利用無線傳輸模塊為串口接入嵌入式無線通 信模塊，數(shù)據(jù)接口采用TTL電平收發(fā)接口與主控制器相連接，將裝置需要傳送的指令通過 無線的方式實現(xiàn)和導(dǎo)盲機器人進(jìn)行無線傳輸；5.本發(fā)明可作為智能導(dǎo)盲機器人的人機互動單元，可以廣泛地應(yīng)用于戶外智能導(dǎo) 盲機器人的導(dǎo)盲。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為導(dǎo)盲機器人構(gòu)成示意圖；圖3為音頻信號采集示意圖；圖4為語音信號識別流程圖；圖5為張力傳感器檢測電路圖，其中VEE 張力傳感器的12V電源輸入正端；VSS 張力傳感器的12V電源輸入地；VOl 張力傳感器的信號輸出正端；V02 張力傳感器的信號
4輸出負(fù)端；INAO 張力傳感器輸出信號經(jīng)電壓跟隨器后輸出端，接入主控制器ADO ；圖6為振動感應(yīng)器驅(qū)動電路圖；圖7為無線傳輸模塊接線圖，其中SLEEP 無線傳輸模塊的休眠端口 ；CENTER 無 線傳輸模塊的中心節(jié)點控制端；DEVICE 無線傳輸模塊的終端節(jié)點控制端；CONFIG 無線傳 輸模塊的配置端；RESET 無線傳輸模塊的復(fù)位控制端。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。如圖1所示，本發(fā)明的智能導(dǎo)盲人機互動裝置，包括主控制器1、無線傳輸模塊2、 耳機麥克風(fēng)3、繩索感應(yīng)張力檢測裝置4、振動感應(yīng)器5、耳機聽筒6和盲文觸鍵7，主控制器 1采用16位微處理器，控制主電路通過232串口連接無線模塊2，實現(xiàn)指令的無線傳輸；主 控制器通過音頻輸入端口接入耳機麥克風(fēng)3，其音頻輸出端口接入耳機聽筒6，能實現(xiàn)語音 信息的輸入輸出；繩索感應(yīng)張力檢測裝置4為張力感應(yīng)模塊，連接互動裝置和導(dǎo)盲機器人 之間，確保裝置和車之間保持適當(dāng)?shù)木嚯x；振動感應(yīng)器5通過驅(qū)動8與主控制器1相連接， 使用者可以振動感應(yīng)相應(yīng)的狀態(tài)輸出；盲文觸鍵7接入主控制器1的中斷輸入口，實現(xiàn)四個 方向鍵和三個功能鍵(加速、減速、啟動/停止)的輔助輸入功能。主控制器1的型號為SPCE061A，主控制器1具有輸入/輸出端口、定時器/計數(shù) 器、A/D和D/A轉(zhuǎn)換、串行設(shè)備輸入輸出、通用異步串行接口、低電壓監(jiān)測和復(fù)位等部分，具 有較高的處理速度使其能夠快速的處理復(fù)雜的數(shù)字信號，具有的語音處理功能；其中語音 的MIC輸入端，自帶自動增益(AGC)控制；語音輸出接口 Mout，由DAC輸出接口經(jīng)語音集成 放大器SPY0030A放大，然后輸出，接麥克風(fēng)耳機，SPY0030A工作在2. 4 6. OV范圍內(nèi)，最 大輸出功率可達(dá)700mW。盲文觸鍵7接入主控制器1的外中斷輸入口 INAl 7。如圖2所示，本發(fā)明的智能導(dǎo)盲人機互動裝置的外觀結(jié)構(gòu)為把手10，該把手10與 導(dǎo)盲機器人9連接。導(dǎo)盲機器人9為采用輪式結(jié)構(gòu)運動的導(dǎo)盲機器人。導(dǎo)盲機器人9為采 用輪式結(jié)構(gòu)運動的導(dǎo)盲機器人。把手10與導(dǎo)盲機器人9通過繩子12連接，繩子12和導(dǎo)盲 機器人9連接處安裝有高精度張力傳感器，張力傳感器通過內(nèi)含電線的繩體12與把手10 相連，把手10內(nèi)部安裝如圖1所示的主控制器1和外圍電路，把手10的握手處裝有盲文按 鍵7和振動感應(yīng)器5，把手10的邊緣還給出耳機接口 11和無線通信接口 2。圖3為音頻信號采集示意圖，輸入的語音信息，通過AD采樣轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息，其 中語音壓縮編碼的方式有波形編碼，直接將波形信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字代碼，盡量真實地還原波 形；參數(shù)編碼，提取語音信號的特征參數(shù)進(jìn)行編碼，盡量保持語音信號的可懂性，而還原后 的波形可能與原波形差別很大；混合編碼，將參數(shù)編碼和波形編碼技術(shù)結(jié)合起來，克服了兩 種編碼的缺點。圖4為語音信號識別流程圖，本發(fā)明的智能導(dǎo)盲人機互動裝置具有語音處理功 能，該功能主要包括語音的訓(xùn)練和識別兩個環(huán)節(jié)。首先從一個或多個講話者多次重復(fù)講話 中提取的語音參數(shù)模板，如“前進(jìn)”、“后退”、“停止”等若干條語音指令，形成特定的語音模 型庫；當(dāng)訓(xùn)練完畢后，在實際使用過程中，當(dāng)輸入特定的語音指令時，語音處理單元把輸入 語音的特征參數(shù)與語音模型庫進(jìn)行比較分析和模式匹配，最終得到識別結(jié)果。同時，裝置具 有音量調(diào)節(jié)單元，可以根據(jù)實際環(huán)境的噪聲情況，靈活調(diào)整音量大小，采用模糊處理技術(shù)，
5實現(xiàn)混雜環(huán)境下語音指令地有效識別。本裝置選用的張力傳感器是一種高精度張力測量傳感器，用于電線和化纖連 接線的張力測量。接線方式，紅線電源正，綠線電源負(fù)，黃線信號正，白線信號負(fù)；量程 lKg-200Kg ；標(biāo)準(zhǔn)信號輸出(0-5)V。圖5為張力傳感器檢測電路圖，VEE接+12v，VSS接地， VOl接地，V02作為信號輸出端，后接電壓跟隨器，后端輸出接入主控制器的AD輸入端ΙΝΑ0， 檢測繩索的張力。圖6為振動感應(yīng)器驅(qū)動電路圖，振動感應(yīng)器為DC2V-5V微型振動感應(yīng)器，驅(qū)動芯片 采用74F07邏輯門實現(xiàn)振動感應(yīng)器的驅(qū)動功能。IB12 IB15分別作為M0T0R1 4的驅(qū)動 控制端口。圖7為無線傳輸模塊接線圖，無線傳輸模塊2為串口接入嵌入式無線通信模塊，集 成符合ZIGBEE協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的射頻收發(fā)器和微處理器，可實現(xiàn)點對點、一點對多點、多點對多 點之間的設(shè)備間數(shù)據(jù)的透明傳輸；可組成星型、樹型和蜂窩型網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；無線通信模 塊2數(shù)據(jù)接口采用TTL電平收發(fā)接口與主控制器1相連接，將裝置需要傳送的指令通過無 線的方式實現(xiàn)和導(dǎo)盲機器人進(jìn)行傳輸。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種智能導(dǎo)盲人機互動裝置，其特征在于包括主控制器(1)，所述主控制器(1)采用16位微處理器，控制主電路通過232串口連接無線模塊(2)；主控制器(1)通過音頻輸入端口接入耳機麥克風(fēng)(3)，主控制器(1)通過音頻輸出端口接入耳機聽筒(6)；主控制器(1)通過繩索感應(yīng)張力檢測裝置(4)與導(dǎo)盲機器人(9)連接；主控制器(1)通過驅(qū)動(8)與振動感應(yīng)器(5)相連接；主控制器(1)的中斷輸入口接入盲文觸鍵(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能導(dǎo)盲人機互動裝置，其特征在于所述繩索感應(yīng)張力檢 測裝置(4)為張力傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能導(dǎo)盲人機互動裝置，其特征在于所述振動感應(yīng)器(5) 選用低功率紐扣振動感應(yīng)器，采用邏輯門器件實現(xiàn)驅(qū)動(8)驅(qū)動振動感應(yīng)器功能。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項所述的智能導(dǎo)盲人機互動裝置，其特征在于所述無線 傳輸模塊(2)為串口接入嵌入式無線通信模塊，集成有射頻收發(fā)器和微處理f器；可組成星 型、樹型和蜂窩型網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；所述無線通信模塊(2)數(shù)據(jù)接口采用TTL電平收發(fā)接口與 主控制器(1)相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項所述的智能導(dǎo)盲人機互動裝置，其特征在于所述盲文 觸鍵⑵接入主控制器⑴的外中斷輸入口 INAl 7。
6.根據(jù)利要求1至3任一項所述的智能導(dǎo)盲人機互動裝置，其特征在于所述導(dǎo)盲機 器人(9)為采用輪式結(jié)構(gòu)運動的導(dǎo)盲機器人。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種智能導(dǎo)盲人機互動裝置，包括主控制器，主控制器采用16位微處理器，控制主電路通過232串口連接無線模塊；主控制器通過音頻輸入端口接入耳機麥克風(fēng)，主控制器通過音頻輸出端口接入耳機聽筒；主控制器通過繩索感應(yīng)張力檢測裝置與導(dǎo)盲機器人連接；主控制器通過驅(qū)動與振動感應(yīng)器相連接；主控制器的中斷輸入口接入盲文觸鍵。本發(fā)明具有語音識別和播報、無線指令傳送、繩索張力感應(yīng)和振動感應(yīng)器輸出等功能，通過語音和振動感應(yīng)實現(xiàn)人機互動，能夠保證互動裝置和導(dǎo)盲機器人保持適當(dāng)?shù)陌踩旭偩嚯x，增加手持裝置的使用安全性和交互方便性，有效解決室外環(huán)境下智能導(dǎo)盲機器人的人機交互問題，具有良好的應(yīng)用價值。
文檔編號A61H3/06GK101947182SQ20101029519
公開日2011年1月19日 申請日期2010年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月26日
發(fā)明者劉凱, 胡仁杰, 馬智勇 申請人:東南大學(xué)