專利申請說明書

專利申請說明書1

　　一種電子導盲犬機器人

　　技術領域

　　本發明涉及一種電子導盲犬機器人，具體涉及一種機電一體化、多傳感器融合、自動導航及控制的電子導盲犬機器人。

　　背景技術

　　世界上一共有3000萬盲人，其中我國有500萬盲人，我國是世界上盲人最多的國家，還有相當數量的人有視力障礙，失明和視弱極大地影響了這些人群的正常生活和工作。培養一只導盲犬的費用在30萬以上，正常家庭難以承受經濟負擔，而且導盲犬的訓練周期相對較長，服務壽命相對較短。因此，導盲犬機器人的研制有著非常實際的意義和廣泛的用途。據查閱相關資料，現在的導盲器具的研究和應用基本上可分為三類：第一類是導盲手杖，在手杖上面加裝各種裝置來達到探測障礙和導盲的作用，第二類是穿戴設備，在導盲犬或者盲人身上穿戴導航設備進行導盲，第三類是機器人，通過自動或半自動方式導航，實現一定的控制功能，從而幫助盲人，本發明屬于這一類。

　　針對現存的導盲器具研究，導盲手杖受到自身形狀和操作方式的限制，基本只能實現部分導盲功能，穿戴設備更是影響人體美觀，造成行動不便，每次使用都需要穿上和脫下，本發明避免了上述問題，并實現了其具有創新性的設計功能，包含豐富的傳感器系統和導航系統，能自動處理信息，實現良好的導航和控制效果。

　　發明內容發明目的：本發明就是針對上述導盲研究存在的問題，提供一種電子導盲犬機器人，解決盲人和視力障礙人士出行問題。本發明不需要穿戴任何設備或輔助器具，將復雜操作轉化為簡單操作，利用嵌入式處理器智能化處理信息。針對這部分人的視力障礙問題，利用衛星導航精確定位，同時檢測方向和姿態等相關信息，規劃出最佳路線，在導航方面為盲人進行有效的服務。在實現導航功能的同時，引入避障和自動控制轉彎的功能，用遙控和語音的方式進行人機交互,方便操作。技術方案：本發明由機械部分和電子部分組成，機械部分是車體為一塊木板前部有方形孔，孔內安裝有舵機，舵機通過舵機連接機構與定向輪相連，木板后部有定向輪，車體后部有轉動關節連接手推桿，車體中部的左側有天線桿;電子部分是電路底板上的中央處理器通過電路與紅外傳感器陣列、語音模塊、揚聲器、光電開關、地磁傳感器、加速度計模塊、遙控接收電路、穩壓器、串口電路、GPS模塊、GPS信號接收器、遙控器、攝像頭相連接;鎳氫電池為電子部分提供電能，手推桿由人力推動為機器人提供動力。（本段名詞后面要加標號）

　　所述的舵機的舵盤和方向輪固定在一起，方向輪隨著舵機轉動，從而改變機器人前進的方向。

　　所述的手推桿連接在單自由度的轉動關節上，作用是提供動力和保持車體平衡。所述的'天線桿高度為30cm,末端同時安裝了攝像頭和GPS信號接收器。

　　所述的紅外傳感器陣列安裝在車體前部，用于檢測人行道。

　　所述的光電開關安裝在車體前部，用于檢測機器人前方障礙物。

　　所述的遙控器安裝在手推桿末端，向遙控接收電路發射操作命令。

　　所述的中央處理器為MC9S12DG128單片機及其外圍電路。

　　所述的語音模塊采用ASR-R8型模塊，能發電子女聲播報相關的導航信息和提示信息，導航信息有定位信息、航向信息，提示信息有當前位置名稱、目的地名稱、前方有障礙物、坡度信息，聲音通過安裝在車體中部的揚聲器進行放大。

　　所述的攝像頭為模擬攝像頭，采集的圖象為黑白圖象。

　　所述的地磁傳感器采用的是霍尼韋爾公司的HMC5883L型平面數據電子羅盤，提供的導航精度為1RMS。

　　所述的加速度計為飛思卡爾公司的MMA7455三軸數字加速度傳感器，用于檢測重力場從而提示坡度信息，提示前方有坡道。

　　所述的GPS模塊通過RS232串口電路將定位信息傳送給中央處理器。有益效果：

　　(1)能對導盲犬機器人的位置進行GPS衛星定位，在天氣良好的情況下，定位精度在20米以內，通過遙控器設定目前所在地和目的地，自動規劃行走街道路徑，并且用電子女聲提示。

　　(2)紅外傳感器陣列能對機器人所在地面上的白色人行線進行檢測，控制機器人沿著該線前進。

　　(3)光電開關能對前方50cm范圍內的障礙物進行探測，如果有障礙物會提示“前方有障礙，請繞行”女聲提示音，并且自動控制舵機改變車體前進方向。

　　(4)能利用地傳感器感應地球磁場，實時檢測自身方向，精度為1RMS。

　　(5)能利用加速度計劃感應地球重力場，實時檢測自身傾斜角，如果遇到坡道會提示“前方有上坡”女聲提示音，并且燈起指示燈。

　　(6)能存儲攝像頭采集的圖像。

　　附圖說明

　　圖1為本發明電子導盲犬機器人的結構示意圖;

　　圖2為本發明電子導盲犬機器人的系統結構框圖;

　　圖3為本發明電子導盲犬機器人的程序流程圖。

　　具體實施方式

　　結合附圖說明，下面闡述本發明。

　　圖1為本發明電子導盲犬機器人的結構示意圖，本發明由機械部分和電子部分組成，機械部分是車體為一塊木板，該木板的尺寸為寬10cm、長30cm，屬于硬質模型加工用木板。在木板前部5cm處有方形孔，方形孔尺寸為舵機的截面大小，孔內安裝有舵機，舵機采集MG995舵機，舵機的最大力矩為13kg，舵機通過舵機連接機構與方向輪相連，連接機構是將舵機的舵盤與方向輪的末端連接起來。木板后部安裝定向輪，定向輪不能繞鉛垂線轉動。車體后部有單自由度轉動關節連接手推桿，手推桿長度為80cm，直徑為3cm的鋁合金桿，手推桿末端固定安裝遙控器，遙控器上有啟動按鈕和選擇按鈕，車體中部的左側有天線桿，天線桿末端安裝有攝像頭和GPS信號接收器，天線桿高度為30cm。

　　電子部分是電路底板上的中央處理器通過電路與紅外傳感器陣列、語音模塊、揚聲器、光電開關、地磁傳感器、加速度計模塊、遙控接收電路、穩壓器、串口電路、GPS模塊、GPS信號接收器、遙控器、攝像頭相連接。其中中央處理器、穩壓器、串口電路集成在一塊電路板上，地磁傳感器、加速度計模塊、遙控接收電路分別為單個電路板與中央處理器電路板疊放連接;紅外傳感器含10對發射管與接收管，按直線型均勻排布集成在一塊電路板上，安裝在車體最前部;語音模塊集成在一塊電路板上，與揚聲器相連;GPS模塊為一塊集成電路板，與GPS信號接收器相連。

　　鎳氫電池為電子部分提供電能，標稱電池為,電池容量為20xxmAh，為所有電路系統供電，其中語音模塊、GPS模塊、地磁傳感器、加速度計模塊的工作電壓為,其余電

　　路系統工作電壓為5V。中央處理器外圍的穩壓電路將電壓降壓后，穩定輸出5V電壓，供所有5V芯片及電路工作。機器人行動無須任何能源，盲人推動手推桿為機器人提供動力，由于機器人是兩輪結構，節約車輪的設計也帶來不平衡的現象，可見，手推桿的設計既可以提供機器人前進的動力，又可以由盲人掌握機器人的平衡。

　　本發明加裝了多個傳感器系統，紅外傳感器系統是利用發射管發射紅外線，光線照射在淺色和深色物體上的時候吸收量不同，經物體反射后用接收管測量反射回來的光的強度來判斷物體顏色深淺，特別是深淺對比度大的情況下，判別效果更佳。本發明的紅外傳感器采用10對發射管與接收管，紅外線的波長采用700nm至1000nm的紅外光，接收管的輸出電壓比較少，故采用8050三極管的開關特性來進行放大，輸出的模擬電壓可供中央處理器識別。由于10對紅外管排布呈直線，如果機器人下方有深淺對比度大的線條形狀時，每對紅外管的輸出電壓會不一樣，紅外光照射在淺色區反射量大，電壓更高，通過在處理器的程序算法里加入閾值比較，可以識別出該線條。光電開關也使用該波段的紅外光，但是功率提高，使光能探測的距離提高到半米之內，如果前方無障礙物，光電開關將連續輸出電壓，如果有電壓下降沿，則說明前方有障礙。

　　語音模塊是使用的ASR-R8語音模塊，是非特定人聲識別系統，可以識別非特定的多人標準普通話發音，但是考慮到在室外復雜的聲音環境，以后識別時滯的因素，故命令采用由遙控器來發送，而響應由該模塊來執行。語音模塊可以反復進行編程，可以存儲特定的語句，將固定的地點、導航提示音以及其它提示音，先進行存儲。模塊內部有單獨的處理芯片，對音頻數據進行處理，中央處理器只需要進行指令發送即可調用相關的聲音文件，使語音模塊發出清晰的電子女聲，經揚聲器放大后，盲人可以清晰辨識。

　　導航系統則由GPS、地磁、慣性導航三種導航方式組合來得到豐富的導航信息，輸出的形式均為可由微型計算機讀取的電壓信號。GPS信號接收器安裝在天線桿的頂端，安排在機器人的最高點更容易接收信號，由于該接收頭是帶磁性的，工作時頻率為高頻狀態，充分與其它電路部分隔離。GPS信號處理器由REB-3571衛星導航芯片作為處理器，處理后的信息通過74HC573和MAX3232CSA串口轉化芯片將數據串行化，數據具有固定的格式，包含時間、經度、緯度信息。地磁傳感器采用的是霍尼韋爾公司的HMC5883L型平面數據電子羅盤，測量X和Y兩個方向的磁阻傳感器感應地球的磁分量，從而得到方位角，提供的導航精度為1RMS。在使用前需要對該傳感器進行初始化和標定，以精確匹配地球磁場，初始化方法是上電后緩慢繞中軸旋轉一周，旋轉時間為一分鐘，標定是考慮到當地的緯度不同，地球的磁偏角不同，所以需要上網查詢當地磁偏角后，將其標定到數據里，通過一定的導航算法得到精確航向信息。慣性導航由簡易的測角系統構成，MMA7455加速度計安裝的時候地垂線重合，如果不重合則在軟件程序里標定，將其考慮到數據里，計算時再減去該項，測量機器人與地垂線的夾角，從而判斷是否遇到了上坡。

　　攝像頭模塊使用模擬攝像頭OV7620，分辨率640x480，每秒產生30幀圖像，每幀兩場，1秒鐘采集60幀圖像，采集的圖像為黑白圖像，直接由中央處理器存儲到SD卡內，記錄行動的路徑圖像，可供盲人外的其它人使用。

　　中央處理器使用的是MC9S12DG128單片機，由于信息量大的語音和GPS部分均有協處理器，該主處理器的功能主要是完成一些傳感器信息融合和控制算法的實現。

　　本發明操作過程簡捷，手握住機器人的手推桿，準備好前進后，上電后，傳感器開始初始化，按下遙控器啟動按鈕，選擇當前地點和目的地，然后機器人開始用發出電子女聲提示剛才的選擇，機器人開始前進。在前進過程中，如果由衛星定位到需要轉彎的地方，會發出電子女聲提示轉彎，然后舵機打舵帶動方向輪自動轉彎;遇到半米內的障礙物，會自動帶盲人繞開該障礙，閾發出電子女聲提示有障礙;在遇到上坡時，自動亮起指示燈，用電子女聲提示前方有上坡。

　　本發明在結構上進行了豐富設計，充分利用了各傳感器的功能，并綜合利用導航和控制算法，實現了當前導盲研究與應用領域的一些新突破，達到了智能導盲的作用。

專利申請說明書2

　　一、申請程序：

　　1、提出專利申請，簽定委托書，提供詳細的發明人（設計人）或申請人姓名（以法人單位名義申請的應寫出法人單位的全稱）、郵編、地址、傳真和聯系人的姓名及電話。檢索所要申報的專利內容（根據申請人的要求進行檢索）。

　　二、實用新型專利申請：

　　1、發明創造名稱：

　　名稱應簡單、明確地反映發明創造的主題和類型，（不得超過25字），名稱不得使用人名、地名、商標、型號及商業宣傳用語，也不得使用代號或含糊不清的詞匯，應盡可能采用國際專利分類表中的技術語或國家標準規定術語或常用的規范術語。

　　2、現有技術（本發明的背景技術）：

　　應寫明與本發明技術最相接近的現有技術的情況，說明其優點并實事求是地指出其存在的主要問題及不足之處，例如某國號專利，或某出版物名稱等。

　　發明創造為產品的，如對于現有技術的結構用文字難以描述清楚時，可附圖說明。

　　3、發明創造的技術方案：

　　對于產品類的.發明創造，應結合附圖，清楚、完整地寫明構件名稱、各構件之間的聯接關系、動作原理和工作程序，以所屬技術領域的普通技術人員能夠實現為準。

　　對于電子類的發明創造，應提供電路圖或框圖，并結合硬件說明其構造特征。

　　4、附圖說明：

　　附圖應按機械制圖標準繪制。附圖的圖面上一般不得寫有漢字，零件應用阿拉伯數字標出，并在說明書中說明每個標號所代表的零件名稱，同一零件的標號在各幅附圖中均應一致，不得使用同一標號來代表不同的零件。制圖有困難時，可委托代理機構繪制。

　　5、實施例

　　對于產品類的發明，實施例是實現發明創造的具體化設計，這一部分應結合附圖進行說明，并將附圖中的標號標注在相應的零件之后。實施例中應包括上述第三部分技術方案的全部內容，并作具體的描述，每一幅附圖均應說明，每一個有標號的零件在實施例中至少提到一次。必要時可說明其功能、動態構造和使用方法。如有多個實施例，則每個實施例均應具體說明。

　　三、時間：

　　1、新型專利從申請日起，約8~10個月收到專利局“授權通知書”。

　　2、按規定繳納證書費后，約一個半月，發《專利證書》。

專利申請說明書3

　　【技術領域】本實用新型涉及機械設備，具體地涉及一種自改分隔輸送線。

　　【背景技術】目前，醫藥企業后包裝工序紙箱在輥筒輸送線上傳送時沒有自動分隔紙箱的裝置，紙箱在傳送過程中有兩個或兩個以上緊密連接的情況出現。當緊密連接的紙箱被傳送至自動封箱機時會導致無法封箱，因此需要人工將連接在一起的紙箱手動分開。如果輥筒輸送線能自動分隔紙箱將大大節約人力成本，提高勞動效率。

　　輸送線是一種醫藥企業常用的設備，可用于各種物料的短、中、長距離輸送，使用范圍廣泛，但普通輥筒輸送線只能簡單的對物料進行輸送，無法實現分隔輸送功能，因此分隔輸送是醫藥企業迫切需要解決的問題。

　　【發明內容】本實用新型針對以上的問題，提供一種自改分隔輸送線。這種自改分隔輸送線，采用輥筒輸送線為主體，其特征在于：將整輥筒輸送線分割為兩段，在兩段輥筒輸送線中間加裝一段皮帶輸送線，在輥筒輸送線和皮帶輸送線上安裝氣缸擋板，氣缸擋板由光電開關控制。

　　本實用新型的`有點是：控制精度高，節約勞動力，大大提高生產效率。

　　圖1是本實用新型的俯視圖

　　圖中：

　　1、輥筒輸送機A，

　　2、皮帶輸送機，

　　3、輥筒輸送機B。圖2是本實用新新的主結構圖

　　圖中：

　　4、鏈條A,

　　5、電機A,

　　6、氣缸擋板A,

　　7、關電開關A,

　　8、氣缸擋板B,

　　9、電機B,

　　10、張緊輪，

　　11、皮帶，

　　12、關電開關B,

　　13、氣缸擋板C,

　　14、鏈條B,

　　15、電機C,

　　16、光電開關C，

　　17、自動封箱機。

　　【具體實施方式】下面結合附圖對本實用新型的實施闡述如下：

　　參照圖

　　1、圖2，紙箱由輥筒輸送機A1向皮帶輸送機2方向傳送，最終到達輥筒輸送機B3。輥筒輸送機A1由電機A5帶動鏈條A4驅動，皮帶輸送機由電機B9帶動皮帶11驅動，輥筒輸送機B3由電機C15帶動鏈條B14驅動。

　　當光電開關A7處無紙箱時，氣缸擋板A8降至下限位，反之氣缸擋板A8升至上限位。當光電開關B12處無紙箱時氣缸擋板B8降至下限位，反之氣缸擋板B8升至上限位，氣缸擋板B8與光電開關A7距離為倍紙箱的長度。當光電開關C16處有紙箱時氣缸擋板C13降至下限位，反之氣缸擋板C13升至上限位，氣缸擋板B8與氣缸擋板C13之間距離為1倍紙箱的長度。

　　通過變頻器調速使皮帶輸送機2的線速度低于輥筒輸送機A1和輥筒輸送機B3，當氣缸擋板A6降至下限位時第一個紙箱傳送至皮帶輸送機2，當氣缸擋板B8降至下限位時紙箱由皮帶輸送線2傳送至輥筒輸送線B2，由于皮帶輸送機2的線速度低于輥筒輸送機A2。第一個紙箱傳送速度將大于第二個紙箱，使得兩個紙箱之間拉開一定距離，第一個紙箱到達光電開關B12時第二個紙箱仍然在關氣缸擋板B8前，氣缸擋板B8升至上限位，擋住后面紙箱繼續向前傳送，達到分隔紙箱的目的。紙箱到達光電開關C16時氣缸擋板C13升至上限位，擋住后面紙箱繼續向前傳送，紙箱越過關電開關C16氣缸擋板C13降至下限位，完成一個封箱傳送周期。

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