[发明专利]一种基于多传感器四足机器人的助盲系统和方法

说明书

本发明公开了一种基于多传感器四足机器人的助盲系统和方法，主要包括环境感知模块，决策规划模块和人机交互模块，环境感知模块由双GPS确定系统位置信息和航向，多线程雷达扫描环境点云信息，前置深度相机提供语义分割输入，鱼眼双目相机获取地面障碍物图像信息，压力传感器检测四足机器人足底受力情况；决策规划模块由控制器处理多传感器融合数据并规划下一步动作；人机交互部分由震动手环控制震度方向和幅度，弹性牵引绳提供辅助牵引力，配合在云台上的后置深度相机实时跟踪盲人，检测盲人关键点，以此推导盲人动作变化，在盲人摔倒等意外情况发生时由语音模块向外界求助。语音模块接收盲人语音指令，播报障碍物信息、盲人身体状态和规划路径信息等。本发明在保证舒适的前提下做到准确的环境感知，合适的决策规划和便捷的人机交互。

技术领域

本发明涉及移动服务机器人领域，具体是指一种基于多传感器四足机器人的助盲系统和方法。

技术背景

我国是世界上盲人最多的国家，据2021年统计我国的盲人数量高达1731万。随着人口老龄化的加剧，盲人数量将进一步增加。他们情况特殊，在日常生活工作中会遇到很多常人难以想象的困难，尤其是在出行方面。然而，我国现有的医疗救护，基础设施等条件无法满足盲人正常出行的需求。一种辅助盲人出行的方式是：为盲人穿戴助盲设备，这类可穿戴式助盲设备大多是通过各种传感器实现对盲人所处环境的感知，再经处理器决策后由交互模块向盲人提供前进指令。但是，穿戴多种传感器容易对盲人产生沉重的身体负担，尤其是在长时间，远距离出行的时候，问题尤为突出。除此以外，这类助盲设备大多忽略了盲人本身的主观能动性，仅由助盲设备向盲人提供可行路线和前进指引，无法通过盲人的语音或动作充分理解盲人的意图，进而执行更加便捷的人机交互和目标导航。另外一种常见的辅助盲人出行的方法是：训练导盲犬。经过训练后的导盲犬能够听懂盲人的各种口令，帮助盲人出行活动。但是到目前为止，我国导盲犬数量远远无法满足多数盲人出行的要求。另外，导盲犬的训练周期长，训练成本高，训练好的技能短时间内也无法迁移，这些问题都导致导盲犬难以普及。再有，虽然携带导盲犬能够解决很多出行不便的问题，但是出于卫生和安全的考虑，社会上很多人对于导盲犬的接受程度还是很低，这类问题进一步阻挡了盲人出行的脚步。出行难的问题导致盲人在接受教育、社会交往等各个方面产生诸多困扰，在生活的各个方面都造成了不利的影响。因此，研制出能够帮助盲人便捷安全出行的助盲系统具有非常重要的现实意义。

面向盲人正常出行的需求，搭建帮助盲人安全出行的助盲系统，国内外高校和企业已经做出了相关探索。然而，助盲系统的研究虽然取得了一些成果，但仍存在以下问题：①现有助盲系统多为穿戴式，大量传感器设备降低了便携和舒适性。②现有助盲系统缺乏对盲人本身语音和动作信息的判断，难以实现有效的安全保障和双向的人机交互。

中国科学院计算技术研究所搭建了一套可穿戴式多传感器导盲系统，该设备由电池、计算单元、GPS、深度相机、超声波传感器、人机交互等模块构成，通过融合处理多传感器信息，生成行动指令，辅助盲人出行。但是大量的传感器设备加重了盲人出行的负担，缺乏舒适性和便携性。另外，类似的设备并没有充分考虑盲人本身的动作和意图。也就是说，该设备的人机交互仅是单向的，仅由导盲设备向盲人提供前进指引，无法理解盲人意图，然后通过语音或动作指令进行地图切换导航，安全监督保障等操作。

相比较穿戴式助盲系统而言，四足机器人相对独立于盲人，既能保证盲人出行的舒适性，又可携带多样的外部传感器，实现对外界环境的准确感知和盲人自身动作和意图的评估，进行便捷有效的安全监督和双向的人机交互。另外，四足机器人在形状和大小上都类似于宠物狗，比其他助盲系统更容易为人所接受，不会产生排便问题和进入公共场合的社会争议问题。随着环境感知技术和机器人控制技术的逐渐成熟，四足机器人在助盲方向的发展潜力也在逐步提升。

助盲系统需要兼顾环境感知，决策规划和人机交互，然而还没有一种助盲系统能够在保证便捷舒适的前提下做到准确的环境感知，精准的决策规划和双向的人机交互。

发明内容