全方位全天候轮式导盲手杖研究论文.doc

1“全方位”全天候轮式导盲手杖研究论文类别：工程学泰州机电高等职业技术学校09 应用电子班马宏阳2目 录一 、前言 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙31.1 项目发现与研究 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙31.2 研究背景及意义 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙41.3 现有导盲辅助器材的优缺点分析 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙5二 、方案 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙62.1 同领域研究状况 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙62.2 具体方案设计 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙7三 、实验模型的选取、设计与制作 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙83.1 手杖选型 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙93.2 载体主体结构设计 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙103.3 驱动轮选型 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙113.4 项目性能的研究 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙113.5 传感器选型及安装 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙133.5.1 传感器选型 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙133.5.2 传感器探测转向时的最大角度限制 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙153.5.3 传感器反射参数调整 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙153.6 夜晚警示设计 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙16四 、实验 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙164.1 室内探测试验 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙174.2 室外实地探测实验 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙193五 、结论及展望 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙21致谢 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙22参考文献 ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙22一 、前言没有视觉感知力是盲人在日常生活中最大的障碍，正常人的生活用品，对于盲人的生活存在众多不便。

盲人产品需要在正常人的生活用品的基础上进行改进，更好的帮助盲人克服生活中的不便对于这种特殊人群的设计，触觉、听觉﹑嗅觉等就是产品改进的重要出发点1.1 项目发现与研究盲人，这个词大家并非陌生在日常生活中,我们随处都可以见到盲人我们所看到的盲人，都是用拐杖一步一步小心翼翼地走路而我们，都有一双明亮的眼睛，能清楚地看到大自然的美好色彩，可盲人却难以做到这一点在盲人的眼中，世界似乎永远是黑暗的，没有一点光明与美好为了生活，他们往往只能通过触摸、嗅觉、听觉等去感受大自然 为更好地了解盲人，我曾亲身体验了一次盲人世界我用一块黑布蒙住了我的双眼，顿时，我的眼前一片漆黑，见不到一丝光明我试着走几步路，刚向前走了两、三步，我就感觉身子失去了平衡，4一下子给摔倒了，由于眼睛被手帕遮住，看不见路，辩不明方向，所以每走一步，总是试探着挪动前行，可一不小心又与大门相撞了，把黑布摘下后，我的眼前恢复了一片光明回到自己的房间里，我凝思了许久，盲人走路做事，可真不容易，随时随地都有栽跟头、碰钉子，甚至是生命的危险于是，我针对上述问题研究设计了一种“全方位”全天候轮式导盲手杖，为盲人做一些力所能及的事，让他们感受到社会主义和谐社会的温暖，感受到与我们共同拥有一个美好的世界！1.2 研究背景及意义目前市场上的盲人用品存在品种少、价格过高（如导盲犬、导盲机器人，掌上电脑导盲装置） 、或者就只有一些科技含量较低、功能单一、缺乏创新、产品结构老化等问题（如传统手杖等）的产品。

而许多性能优越、功能多样、技术含量高且价格低廉的国产盲人用辅助器材难觅踪影，进口产品充斥市场本作品就是针对上述问题而设计的以下是例图说明：5导盲犬导盲机器人导盲手杖1.3 现有导盲辅助器材的优缺点分析在科技发达的今天，为盲人提供的导盲方式多种多样，各有特点和独到之处，但相比起来也有各自的不足之处现有几种导盲手段比较： 导盲犬 缺点：培训周期长；难度大；使用期限短6导盲机器人 缺点：技术复杂；价格昂贵；普及面有限掌上电脑导盲装置 缺点：成本较高；盲人不易掌握传统手杖 缺点：功能单一相对于其他形式的同类产品，我设计的导盲手杖属于非接触式探测方式，不但能探测位于正前方、左侧、右侧存在的障碍，而且能在环境光线较暗的情况下自动向周围发出警示信号，同时具备成本低廉制作简易的特点，便于推广使用二 、方案论证及选择导盲手杖是为克服上述现有导盲手段的缺点，设计出的一种能为盲人出行提供帮助，同时价格便宜、易于普及的解决方案2.1 同领域研究状况为了提高盲人的生活质量，增加其行走能力，世界各国一直在进行着导盲系统的研制有许多研究已经有了成功的案例，比如，超声波导盲系统、无线电导盲系统、卫星导盲、盲人电子眼镜、红外线导向灯系统等。

其中无线电、卫星导盲系统和红外线导向灯系统，要求改善周围的环境设施，患者借助于外来信息确定自身的方位，虽然反映的信息较多，但耗资庞大，信息量固定，发展更新迟缓，而且也7很容易受到外来信息的干扰或者遭到人为的破坏，电子眼镜用光导和摄像原理将景物和周围物体成像转换成相应的听觉信号，虽然结构简单，信息质量固定，但是系统复杂、成本昂贵超声波导盲系统实现成本低、使用方便、抗电磁干扰强、对光线不敏感、无电磁辐射 因此被广泛采用[5]已经研制成功的超声波导盲系统大体可以分为四类：基于电子技术的导盲仪(Electronic travel aids ETA)、移动式机器人(Mobile robot)、穿戴式导盲仪和导引式手杖但大都不适用于普通家庭，因此提供一种“全方位”全天候轮式导盲手杖，该产品价格低廉，便于掌握上图为盲人电子眼睛使用说明2.2 具体方案设计本作品在独轮车的正前方、左右两侧各安装一个可调反射距离的红外光电传感器，当载体正前方约 0.5~0.8 米处遇有障碍时，安装在载体正前方传感器触发语音电路提示：“前方有障碍” ，同理，当载体左侧或右侧约 0.3~0.5 米处遇有障碍时，安装在载体左侧和右侧8的传感器触发语音电路，分别提示“左侧有障碍”和“右侧有障碍” ，引导盲人及时规避来自各个方位的障碍；安装在推杆下端的光敏电阻与控制电路中光控信号放大整形电路相配合，当光线暗到一定程度时，驱动装在推杆中上端的球形警灯闪烁，及时提醒行人或车辆主动规避盲人以实现本作品的“全方位”全天候引导盲人的作用。

下图为作品原理简易示意图三 、实验模型的选取、设计与制作取一些木板进行载体探测的外壳进行组装，在组装完成后的梯形结构的载体内侧安装一个 12v 锂电池以及语音喇叭，在载体探测的正前方、左右两侧各安装一个可调反射距离的红外线光电传感器，配合语音电路实现全方位的避障提示；在载体合适位置安装一个光敏9电阻，配合光控整形电路触发球形警灯闪烁，实现当环境光线昏暗时及时对行人或车辆发出规避提示，经反复调试实现作品的功能3.1 手杖选型市面上的手杖种类很多，各有各的优势，材质大致可分为三类：铝合金、木料和碳纤维碳纤维与同长度手杖相比重量轻，轻便；而木料与同长度手杖相比重量较大，虽说使用平稳，但不适手结构特性又可分为三类：固定式、折叠式和伸缩式考虑到此产品针对普通人群消费，故本设计所做的手杖既要与底部的探测装置相结合拥有较高的轻便度的情况下，还要适合不同身高的人，因此本项目选择了材质耐用轻便的铝合金可伸缩手杖作为产品的模型上图为固定式纯木质手杖10上图为铝合金伸缩式手杖3.2 载体主体结构设计市面上有许多品牌的导盲手杖，我经过长时间的市场调查以及向指导老师请教，本着节约成本、操作可靠、转向机构简单、便于维修的原则，最终确定载体装置结构如下图（主视图、左视图和俯视图。

主视图结构 左视图结构 11俯视图 3.3 驱动轮选型使用独轮能够在许多不同的方向移动，盲人使用手杖时车轮将全力推出，还可极大的方便横向滑动这是一个既简便又能建立完整的驱动器的方法独轮可以像一个正常的车轮水平 360 度方向推进它在使用机器人，手推车，独轮车，货运车 “全方位”车轮将提供完善的性能 “全方位”轮移动和旋转，这是很容易的方向控制快速地转动 “全方位”轮无需润滑或现场维护和安装选项是非常简单和稳定，存在这么一个没有死区的优势3.4 项目性能的探究本作品创新部分的主要技术贡献有二：一是实现了导盲杖全方位的避障提示；二是在环境光线昏暗的时候利用手杖正上方顶端的12球星警灯闪烁信号及时对行人或车辆发出规避提示实现了全方位全天候的保障作用图 3.2.2.1 上图说明，当载体。