专利申请说明书

专利申请说明书

专利申请说明书1

　　一种电子导盲犬机器人

　　技术领域

　　本发明涉及一种电子导盲犬机器人，具体涉及一种机电一体化、多传感器融合、自动导航及控制的电子导盲犬机器人。

　　背景技术

　　世界上一共有3000万盲人，其中我国有500万盲人，我国是世界上盲人最多的国家，还有相当数量的人有视力障碍，失明和视弱极大地影响了这些人群的正常生活和工作。培养一只导盲犬的费用在30万以上，正常家庭难以承受经济负担，而且导盲犬的训练周期相对较长，服务寿命相对较短。因此，导盲犬机器人的研制有着非常实际的意义和广泛的用途。据查阅相关资料，现在的导盲器具的研究和应用基本上可分为三类：第一类是导盲手杖，在手杖上面加装各种装置来达到探测障碍和导盲的作用，第二类是穿戴设备，在导盲犬或者盲人身上穿戴导航设备进行导盲，第三类是机器人，通过自动或半自动方式导航，实现一定的控制功能，从而帮助盲人，本发明属于这一类。

　　针对现存的导盲器具研究，导盲手杖受到自身形状和操作方式的限制，基本只能实现部分导盲功能，穿戴设备更是影响人体美观，造成行动不便，每次使用都需要穿上和脱下，本发明避免了上述问题，并实现了其具有创新性的设计功能，包含丰富的传感器系统和导航系统，能自动处理信息，实现良好的导航和控制效果。

　　发明内容发明目的：本发明就是针对上述导盲研究存在的问题，提供一种电子导盲犬机器人，解决盲人和视力障碍人士出行问题。本发明不需要穿戴任何设备或辅助器具，将复杂操作转化为简单操作，利用嵌入式处理器智能化处理信息。针对这部分人的视力障碍问题，利用卫星导航精确定位，同时检测方向和姿态等相关信息，规划出最佳路线，在导航方面为盲人进行有效的服务。在实现导航功能的同时，引入避障和自动控制转弯的功能，用遥控和语音的方式进行人机交互,方便操作。技术方案：本发明由机械部分和电子部分组成，机械部分是车体为一块木板前部有方形孔，孔内安装有舵机，舵机通过舵机连接机构与定向轮相连，木板后部有定向轮，车体后部有转动关节连接手推杆，车体中部的左侧有天线杆;电子部分是电路底板上的中央处理器通过电路与红外传感器阵列、语音模块、扬声器、光电开关、地磁传感器、加速度计模块、遥控接收电路、稳压器、串口电路、GPS模块、GPS信号接收器、遥控器、摄像头相连接;镍氢电池为电子部分提供电能，手推杆由人力推动为机器人提供动力。（本段名词后面要加标号）

　　所述的舵机的舵盘和方向轮固定在一起，方向轮随着舵机转动，从而改变机器人前进的方向。

　　所述的手推杆连接在单自由度的转动关节上，作用是提供动力和保持车体平衡。所述的'天线杆高度为30cm,末端同时安装了摄像头和GPS信号接收器。

　　所述的红外传感器阵列安装在车体前部，用于检测人行道。

　　所述的光电开关安装在车体前部，用于检测机器人前方障碍物。

　　所述的遥控器安装在手推杆末端，向遥控接收电路发射操作命令。

　　所述的中央处理器为MC9S12DG128单片机及其外围电路。

　　所述的语音模块采用ASR-R8型模块，能发电子女声播报相关的导航信息和提示信息，导航信息有定位信息、航向信息，提示信息有当前位置名称、目的地名称、前方有障碍物、坡度信息，声音通过安装在车体中部的扬声器进行放大。

　　所述的摄像头为模拟摄像头，采集的图象为黑白图象。

　　所述的地磁传感器采用的是霍尼韦尔公司的HMC5883L型平面数据电子罗盘，提供的导航精度为1RMS。

　　所述的加速度计为飞思卡尔公司的MMA7455三轴数字加速度传感器，用于检测重力场从而提示坡度信息，提示前方有坡道。

　　所述的GPS模块通过RS232串口电路将定位信息传送给中央处理器。有益效果：

　　(1)能对导盲犬机器人的位置进行GPS卫星定位，在天气良好的情况下，定位精度在20米以内，通过遥控器设定目前所在地和目的地，自动规划行走街道路径，并且用电子女声提示。

　　(2)红外传感器阵列能对机器人所在地面上的白色人行线进行检测，控制机器人沿着该线前进。

　　(3)光电开关能对前方50cm范围内的障碍物进行探测，如果有障碍物会提示“前方有障碍，请绕行”女声提示音，并且自动控制舵机改变车体前进方向。

　　(4)能利用地传感器感应地球磁场，实时检测自身方向，精度为1RMS。

　　(5)能利用加速度计划感应地球重力场，实时检测自身倾斜角，如果遇到坡道会提示“前方有上坡”女声提示音，并且灯起指示灯。

　　(6)能存储摄像头采集的图像。

　　附图说明

　　图1为本发明电子导盲犬机器人的结构示意图;

　　图2为本发明电子导盲犬机器人的系统结构框图;

　　图3为本发明电子导盲犬机器人的程序流程图。

　　具体实施方式

　　结合附图说明，下面阐述本发明。

　　图1为本发明电子导盲犬机器人的结构示意图，本发明由机械部分和电子部分组成，机械部分是车体为一块木板，该木板的尺寸为宽10cm、长30cm，属于硬质模型加工用木板。在木板前部5cm处有方形孔，方形孔尺寸为舵机的截面大小，孔内安装有舵机，舵机采集MG995舵机，舵机的最大力矩为13kg，舵机通过舵机连接机构与方向轮相连，连接机构是将舵机的舵盘与方向轮的末端连接起来。木板后部安装定向轮，定向轮不能绕铅垂线转动。车体后部有单自由度转动关节连接手推杆，手推杆长度为80cm，直径为3cm的铝合金杆，手推杆末端固定安装遥控器，遥控器上有启动按钮和选择按钮，车体中部的左侧有天线杆，天线杆末端安装有摄像头和GPS信号接收器，天线杆高度为30cm。

　　电子部分是电路底板上的中央处理器通过电路与红外传感器阵列、语音模块、扬声器、光电开关、地磁传感器、加速度计模块、遥控接收电路、稳压器、串口电路、GPS模块、GPS信号接收器、遥控器、摄像头相连接。其中中央处理器、稳压器、串口电路集成在一块电路板上，地磁传感器、加速度计模块、遥控接收电路分别为单个电路板与中央处理器电路板叠放连接;红外传感器含10对发射管与接收管，按直线型均匀排布集成在一块电路板上，安装在车体最前部;语音模块集成在一块电路板上，与扬声器相连;GPS模块为一块集成电路板，与GPS信号接收器相连。

　　镍氢电池为电子部分提供电能，标称电池为,电池容量为20xxmAh，为所有电路系统供电，其中语音模块、GPS模块、地磁传感器、加速度计模块的工作电压为,其余电

　　路系统工作电压为5V。中央处理器外围的稳压电路将电压降压后，稳定输出5V电压，供所有5V芯片及电路工作。机器人行动无须任何能源，盲人推动手推杆为机器人提供动力，由于机器人是两轮结构，节约车轮的设计也带来不平衡的现象，可见，手推杆的设计既可以提供机器人前进的动力，又可以由盲人掌握机器人的平衡。

　　本发明加装了多个传感器系统，红外传感器系统是利用发射管发射红外线，光线照射在浅色和深色物体上的时候吸收量不同，经物体反射后用接收管测量反射回来的光的强度来判断物体颜色深浅，特别是深浅对比度大的情况下，判别效果更佳。本发明的红外传感器采用10对发射管与接收管，红外线的波长采用700nm至1000nm的红外光，接收管的输出电压比较少，故采用8050三极管的开关特性来进行放大，输出的模拟电压可供中央处理器识别。由于10对红外管排布呈直线，如果机器人下方有深浅对比度大的线条形状时，每对红外管的输出电压会不一样，红外光照射在浅色区反射量大，电压更高，通过在处理器的程序算法里加入阈值比较，可以识别出该线条。光电开关也使用该波段的红外光，但是功率提高，使光能探测的距离提高到半米之内，如果前方无障碍物，光电开关将连续输出电压，如果有电压下降沿，则说明前方有障碍。

　　语音模块是使用的ASR-R8语音模块，是非特定人声识别系统，可以识别非特定的多人标准普通话发音，但是考虑到在室外复杂的声音环境，以后识别时滞的因素，故命令采用由遥控器来发送，而响应由该模块来执行。语音模块可以反复进行编程，可以存储特定的语句，将固定的地点、导航提示音以及其它提示音，先进行存储。模块内部有单独的处理芯片，对音频数据进行处理，中央处理器只需要进行指令发送即可调用相关的声音文件，使语音模块发出清晰的电子女声，经扬声器放大后，盲人可以清晰辨识。

　　导航系统则由GPS、地磁、惯性导航三种导航方式组合来得到丰富的导航信息，输出的形式均为可由微型计算机读取的电压信号。GPS信号接收器安装在天线杆的顶端，安排在机器人的最高点更容易接收信号，由于该接收头是带磁性的，工作时频率为高频状态，充分与其它电路部分隔离。GPS信号处理器由REB-3571卫星导航芯片作为处理器，处理后的信息通过74HC573和MAX3232CSA串口转化芯片将数据串行化，数据具有固定的格式，包含时间、经度、纬度信息。地磁传感器采用的是霍尼韦尔公司的HMC5883L型平面数据电子罗盘，测量X和Y两个方向的磁阻传感器感应地球的磁分量，从而得到方位角，提供的导航精度为1RMS。在使用前需要对该传感器进行初始化和标定，以精确匹配地球磁场，初始化方法是上电后缓慢绕中轴旋转一周，旋转时间为一分钟，标定是考虑到当地的纬度不同，地球的磁偏角不同，所以需要上网查询当地磁偏角后，将其标定到数据里，通过一定的导航算法得到精确航向信息。惯性导航由简易的测角系统构成，MMA7455加速度计安装的时候地垂线重合，如果不重合则在软件程序里标定，将其考虑到数据里，计算时再减去该项，测量机器人与地垂线的夹角，从而判断是否遇到了上坡。

　　摄像头模块使用模拟摄像头OV7620，分辨率640x480，每秒产生30帧图像，每帧两场，1秒钟采集60帧图像，采集的图像为黑白图像，直接由中央处理器存储到SD卡内，记录行动的路径图像，可供盲人外的其它人使用。

　　中央处理器使用的是MC9S12DG128单片机，由于信息量大的语音和GPS部分均有协处理器，该主处理器的功能主要是完成一些传感器信息融合和控制算法的实现。

　　本发明操作过程简捷，手握住机器人的手推杆，准备好前进后，上电后，传感器开始初始化，按下遥控器启动按钮，选择当前地点和目的地，然后机器人开始用发出电子女声提示刚才的选择，机器人开始前进。在前进过程中，如果由卫星定位到需要转弯的地方，会发出电子女声提示转弯，然后舵机打舵带动方向轮自动转弯;遇到半米内的障碍物，会自动带盲人绕开该障碍，阈发出电子女声提示有障碍;在遇到上坡时，自动亮起指示灯，用电子女声提示前方有上坡。

　　本发明在结构上进行了丰富设计，充分利用了各传感器的功能，并综合利用导航和控制算法，实现了当前导盲研究与应用领域的一些新突破，达到了智能导盲的作用。

专利申请说明书2

　　一、申请程序：

　　1、提出专利申请，签定委托书，提供详细的发明人（设计人）或申请人姓名（以法人单位名义申请的应写出法人单位的全称）、邮编、地址、传真和联系人的姓名及电话。检索所要申报的专利内容（根据申请人的要求进行检索）。

　　二、实用新型专利申请：

　　1、发明创造名称：

　　名称应简单、明确地反映发明创造的主题和类型，（不得超过25字），名称不得使用人名、地名、商标、型号及商业宣传用语，也不得使用代号或含糊不清的词汇，应尽可能采用国际专利分类表中的技术语或国家标准规定术语或常用的规范术语。

　　2、现有技术（本发明的背景技术）：

　　应写明与本发明技术最相接近的现有技术的情况，说明其优点并实事求是地指出其存在的主要问题及不足之处，例如某国号专利，或某出版物名称等。

　　发明创造为产品的，如对于现有技术的结构用文字难以描述清楚时，可附图说明。

　　3、发明创造的技术方案：

　　对于产品类的.发明创造，应结合附图，清楚、完整地写明构件名称、各构件之间的联接关系、动作原理和工作程序，以所属技术领域的普通技术人员能够实现为准。

　　对于电子类的发明创造，应提供电路图或框图，并结合硬件说明其构造特征。

　　4、附图说明：

　　附图应按机械制图标准绘制。附图的图面上一般不得写有汉字，零件应用阿拉伯数字标出，并在说明书中说明每个标号所代表的零件名称，同一零件的标号在各幅附图中均应一致，不得使用同一标号来代表不同的零件。制图有困难时，可委托代理机构绘制。

　　5、实施例

　　对于产品类的发明，实施例是实现发明创造的具体化设计，这一部分应结合附图进行说明，并将附图中的标号标注在相应的零件之后。实施例中应包括上述第三部分技术方案的全部内容，并作具体的描述，每一幅附图均应说明，每一个有标号的零件在实施例中至少提到一次。必要时可说明其功能、动态构造和使用方法。如有多个实施例，则每个实施例均应具体说明。

　　三、时间：

　　1、新型专利从申请日起，约8~10个月收到专利局“授权通知书”。

　　2、按规定缴纳证书费后，约一个半月，发《专利证书》。

专利申请说明书3

　　【技术领域】本实用新型涉及机械设备，具体地涉及一种自改分隔输送线。

　　【背景技术】目前，医药企业后包装工序纸箱在辊筒输送线上传送时没有自动分隔纸箱的装置，纸箱在传送过程中有两个或两个以上紧密连接的情况出现。当紧密连接的纸箱被传送至自动封箱机时会导致无法封箱，因此需要人工将连接在一起的纸箱手动分开。如果辊筒输送线能自动分隔纸箱将大大节约人力成本，提高劳动效率。

　　输送线是一种医药企业常用的设备，可用于各种物料的短、中、长距离输送，使用范围广泛，但普通辊筒输送线只能简单的对物料进行输送，无法实现分隔输送功能，因此分隔输送是医药企业迫切需要解决的问题。

　　【发明内容】本实用新型针对以上的问题，提供一种自改分隔输送线。这种自改分隔输送线，采用辊筒输送线为主体，其特征在于：将整辊筒输送线分割为两段，在两段辊筒输送线中间加装一段皮带输送线，在辊筒输送线和皮带输送线上安装气缸挡板，气缸挡板由光电开关控制。

　　本实用新型的`有点是：控制精度高，节约劳动力，大大提高生产效率。

　　图1是本实用新型的俯视图

　　图中：

　　1、辊筒输送机A，

　　2、皮带输送机，

　　3、辊筒输送机B。图2是本实用新新的主结构图

　　图中：

　　4、链条A,

　　5、电机A,

　　6、气缸挡板A,

　　7、关电开关A,

　　8、气缸挡板B,

　　9、电机B,

　　10、张紧轮，

　　11、皮带，

　　12、关电开关B,

　　13、气缸挡板C,

　　14、链条B,

　　15、电机C,

　　16、光电开关C，

　　17、自动封箱机。

　　【具体实施方式】下面结合附图对本实用新型的实施阐述如下：

　　参照图

　　1、图2，纸箱由辊筒输送机A1向皮带输送机2方向传送，最终到达辊筒输送机B3。辊筒输送机A1由电机A5带动链条A4驱动，皮带输送机由电机B9带动皮带11驱动，辊筒输送机B3由电机C15带动链条B14驱动。

　　当光电开关A7处无纸箱时，气缸挡板A8降至下限位，反之气缸挡板A8升至上限位。当光电开关B12处无纸箱时气缸挡板B8降至下限位，反之气缸挡板B8升至上限位，气缸挡板B8与光电开关A7距离为倍纸箱的长度。当光电开关C16处有纸箱时气缸挡板C13降至下限位，反之气缸挡板C13升至上限位，气缸挡板B8与气缸挡板C13之间距离为1倍纸箱的长度。

　　通过变频器调速使皮带输送机2的线速度低于辊筒输送机A1和辊筒输送机B3，当气缸挡板A6降至下限位时第一个纸箱传送至皮带输送机2，当气缸挡板B8降至下限位时纸箱由皮带输送线2传送至辊筒输送线B2，由于皮带输送机2的线速度低于辊筒输送机A2。第一个纸箱传送速度将大于第二个纸箱，使得两个纸箱之间拉开一定距离，第一个纸箱到达光电开关B12时第二个纸箱仍然在关气缸挡板B8前，气缸挡板B8升至上限位，挡住后面纸箱继续向前传送，达到分隔纸箱的目的。纸箱到达光电开关C16时气缸挡板C13升至上限位，挡住后面纸箱继续向前传送，纸箱越过关电开关C16气缸挡板C13降至下限位，完成一个封箱传送周期。

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