智能类导盲犬导盲杖

第1页，共33页。作品设计、发明的目的和基本思路，创作品设计、发明的目的和基本思路，创新点，技术关键和主要技术指标新点，技术关键和主要技术指标 此导盲杖发明的主要目的是使广大此导盲杖发明的主要目的是使广大的视障人士更加方便的使用以及较低的的视障人士更加方便的使用以及较低的成本使其更易普及，基本思路是如何能成本使其更易普及，基本思路是如何能让导盲杖自己走而不需要人去推，如何让导盲杖自己走而不需要人去推，如何能扩大探测范围。因此此导盲杖可以像能扩大探测范围。因此此导盲杖可以像导盲犬一样牵引着使用者前进，可以探导盲犬一样牵引着使用者前进，可以探测到人脸高度的障碍物，而且在夜晚的测到人脸高度的障碍物，而且在夜晚的时候，其既能发光又能反光，保证了使时候，其既能发光又能反光，保证了使用者的人身安全。用者的人身安全。第2页，共33页。作品发明过程中运用到的作品发明过程中运用到的“TRIZ”TRIZ”理论理论 一、寻求最终理想解一、寻求最终理想解 二、技术进化法则：二、技术进化法则：完备性法则、能量传递法则和提高理想度法则三、资源分析法：三、资源分析法：系统内部资源现有资源、派生资源；系统可引用的资源 四：发明原理法：四：发明原理法：分割原理法、抽取原理法和嵌套原理法等第3页，共33页。五、技术系统中的矛盾五、技术系统中的矛盾：三种矛盾的关系（管理矛盾、技术矛盾和物理矛盾）、物理矛盾的分离原理（色彩法、压力法和曲线化法）六、物六、物场分析：场分析：物场模型的构建、物场分析、物场分析的一般解法和物场分析的应用第4页，共33页。作品的科学性、先进性和实用性作品的科学性、先进性和实用性1.可以像导盲犬一样牵引着人向前2.可以探测到人脸高度的障碍物3.在黑夜中可以发出光亮及反光，使使用者更安全4.易于使用，价格低廉第5页，共33页。使用说明及该作品的技术特点和优势使用说明及该作品的技术特点和优势使用说明：使用说明：导盲杖的手把处有总开关按钮，按动按钮即可开启导盲杖，而且在主开关的两边各有一个传感开关可控制导盲杖的左右拐，此外导盲杖还有语音提示模块，可以提示使用者前方障碍物的情况，以使使用者躲避，而且导盲杖配备了导航仪功能，可以成为使用者的向导。第6页，共33页。技术特点及优势：技术特点及优势：本导盲杖的创新之处主要在于此导盲杖能像导盲犬一样主动领导着使用者前行，躲避障碍。而且，这种导盲杖也不用像以往的导盲杖那样需要抬着到处碰，只需用手把着即可，可以节省使用者的体力。而且再有台阶的时候也会自动报警。此外，此导盲杖可以探测到人脸高度的障碍物。比以往的导盲杖扩大了探测范围，而且导盲杖配备了导航仪功能，可以成为使用者的向导，在黑夜中可以发出光亮及反光，使使用者更安全，更加安全，更加人性化。第7页，共33页。服务特色和适用范围服务特色和适用范围服务特色：服务特色：代为消费者安装、调试产品；服务的内容多样化根据消费者要求，进行有关使用等方面的技术指导；保证维修零配件的供应；负责维修服务；对产品实行“三包”，即包修、包换、包退；处理消费者来信来访，解答消费者的咨询。适应范围适应范围：视障人士第8页，共33页。近几年，世界上视觉障碍者数量众多，他们只能用60的感觉来获取信息。为此，国内国外对电子智能导盲杖的研究越来越深入，中国的一些研究人员将传感器加入到了导盲杖之中，使其可以在探测到障碍物的时候，通过某种现象来通知使用者，而不像以前的导盲杖那样完全靠使用者自己的感觉。其中有一种由超声波收发器、拐杖体、控制电路、拐杖把和橡胶体等部件组合而成，柱形内空式拐杖体顶端横拐处制有拐杖把，底端固连制有软体式橡胶体，在拐杖体和拐杖把对接处制有便于握杖手按动的电源开关；市场分析和经济效益预测市场分析和经济效益预测第9页，共33页。拐杖体采用刚性材料制成内腔为空体式，内腔中安装有控制电路板、电源及超声波发射与接受器件，按电学原理电连通，实现整体控制功能；在拐杖体下端的橡胶体上部与拐杖把拐向相对应方向制有上、下排列的超声波接受器与发射器；本实用新型结构新颖，原理简单可靠，测控范围大，精度好，具有良好的推广实用前景。第10页，共33页。此外，日本的一些研究人员在2010年5月20日在日本秋田市举行的全国盲人福祉大会上将其自行研发的的电子导盲杖公开。据秋田县立大学介绍，这是首款能够感应到使用者脸部高度处障碍物的导盲杖。盲人使用传统导盲杖时，通过感触脚边的障碍物及盲道进行判断，可以避开脚边障碍，但经常会撞上脸部高度处的招牌等物体。这种新型导盲杖装有2个超声波感应器，能够感应到前方2米脸部高度处的障碍物，并通过震动手柄通知使用者。第11页，共33页。该导盲杖重量也控制在300克左右，与传动导盲杖基本相当。2010年5月20日，约有130名视觉障碍者试用了这种导盲杖。参与开发的相关人员确认了他们在设有障碍物的20米路段上的步行效果。来自大分县的60岁针灸师羽田野敏子笑着说：“我曾经撞到过卡车车厢上突出来的木材，这种导盲杖能够感应到脸部高度，非常方便。第12页，共33页。项目概述项目概述 针对社会中残障的弱势群体，我们发明针对社会中残障的弱势群体，我们发明制作了类导盲犬导盲杖。在为人们指引前行制作了类导盲犬导盲杖。在为人们指引前行的道路的同时，也为社会主义市场经济带来的道路的同时，也为社会主义市场经济带来了鲜明的生机。通过运用了物理矛盾和分时了鲜明的生机。通过运用了物理矛盾和分时法、色彩法、部分改善法、分时复用法等法、色彩法、部分改善法、分时复用法等TRIZ理论的方法，形成了底部安装智能小理论的方法，形成了底部安装智能小车，小车头部只有天黑才会亮，把手处运用车，小车头部只有天黑才会亮，把手处运用软泡沫，仗体运用反光纸的可折叠式导盲杖软泡沫，仗体运用反光纸的可折叠式导盲杖的实施方案，达到了可把人的推力变为拉力，的实施方案，达到了可把人的推力变为拉力，夜间引起他人的注意以便大家的行走，智能夜间引起他人的注意以便大家的行走，智能导航、快捷方便、休闲娱乐可同时进行的效导航、快捷方便、休闲娱乐可同时进行的效果。果。第13页，共33页。问题描述问题描述 问题一：问题一：日常生活中，盲人拿着拐杖只会专心的走路缺乏乐趣，而且乏味，并且拄拐杖时间长会使原本不方便的身体倍感疲惫；问题二：问题二：盲人行走只会在盲道上畅通无阻，若是在没设置盲道的不发达地区，他们便有了前进的阻碍；问题三：问题三：盲人在夜间行走时，由于夜晚光线昏暗，可能会发生碰撞，白天由于疏忽也可能造成不便。第14页，共33页。方案一：方案一：把手处运用软泡沫，运用局部改善法减小了与手部的摩擦；在导盲杖底部安装智能导航仪，可以下载自己喜爱的音乐供行走的时候享受，运用了分时复用法和局部质量改善法减少了一味行走的乏味。方案二：方案二：导盲杖底部安装智能导航仪，运用嵌套原理将仗体安装在车体内部，实现了在任何道路上智能导航拐杖的效果。方案三：方案三：仗体包装了反光纸，车体夜间时会发光。运用预置防范法和色彩法消除了盲人行走时的不便。第15页，共33页。系统分析系统分析 1.功能分析：功能分析：第16页，共33页。2.2.九屏图：九屏图：第17页，共33页。3.3.生命曲线生命曲线：第18页，共33页。资源分析资源分析 1.系统内部资源：系统内部资源：现有资源：现有资源：木棍仗体，减小手部与仗体摩擦的泡沫，贴于仗体的荧光纸，用于下载程序的单片机，构成小车的车轮和底盘；派生资源：派生资源：由荧光纸发出的光，小车夜间发出的光，由人和仗体、小车构成的力场，由单片机中的程序控制的音乐和小灯；2.系统可引用资源系统可引用资源：重力场，光照。第19页，共33页。最终理想解最终理想解 是拐杖能自己领是拐杖能自己领着使用者前进着使用者前进第20页，共33页。运用运用TRIZTRIZ工具工具 1.技术矛盾技术矛盾:导盲杖底部小车体积小才可以方面折叠，若体积小又使得仗体不方便插入，两者之间相互影响，相互制约，构成技术矛盾；第21页，共33页。2.物理矛盾：物理矛盾：车盘底座既要软又要硬，软是方便行车盘底座既要软又要硬，软是方便行走，硬则为了长时间行走克服摩擦带走，硬则为了长时间行走克服摩擦带来的损失。就软硬程度来说构成了物来的损失。就软硬程度来说构成了物理矛盾；理矛盾；具体数据如下表。具体数据如下表。第22页，共33页。改善参数改善参数/恶化参数恶化参数移动物移动物体的质体的质量量静止静止物体物体的体的体积积力力强度强度亮度亮度可靠性可靠性测量测量精度精度可修可修复性复性115.8.29.3413.14817.199.361.158.3519163215.914.428265.161.281025229.1738.3423.618.373.3440.2919.322617.1014.1626281513.32329.30349.1417.152.3524145.34.31.353.1935.519227.3.2628.356.182.353.25286.3211.2928.27536.23第23页，共33页。3.3.物物-场分析：场分析：力场 力场 人的推力人的推力 仗体的压力仗体的压力 人的推力人的推力 仗体的压力仗体的压力 第24页，共33页。解决方案解决方案方案方案1：在小车前方用避障管来探测前方是否有：在小车前方用避障管来探测前方是否有障碍，若未发现前方有障碍物则直走，如果发现障碍，若未发现前方有障碍物则直走，如果发现了前方有障碍物，则通过语音模块来控制外接喇了前方有障碍物，则通过语音模块来控制外接喇叭提醒使用者，然后使用者可以通过手柄上的按叭提醒使用者，然后使用者可以通过手柄上的按键来控制导盲杖底端的小车进行左右转弯，在导键来控制导盲杖底端的小车进行左右转弯，在导盲杖上安装盲杖上安装GPS模块，来使使用者了解路况以及模块，来使使用者了解路况以及应行进的方向，导盲杖的杖体应用合金材料完成。应行进的方向，导盲杖的杖体应用合金材料完成。方案方案2：在小车前方用超声波传感器来探测前方：在小车前方用超声波传感器来探测前方是否有障碍，若未发现前方有障碍物则直走，是否有障碍，若未发现前方有障碍物则直走，如果发现了前方有障碍物，则通过语音模块来如果发现了前方有障碍物，则通过语音模块来控制外接耳机提醒使用者，然后使用者可以通控制外接耳机提醒使用者，然后使用者可以通过手柄上的红外控制开关来控制导盲杖底端的过手柄上的红外控制开关来控制导盲杖底端的小车进行左右转弯，在导盲杖上安装导航仪，小车进行左右转弯，在导盲杖上安装导航仪，来使使用者了解路况以及应行进的方向，导盲来使使用者了解路况以及应行进的方向，导盲杖的杖体应用轻木棒杖的杖体应用轻木棒第25页，共33页。方案评价：方案评价：上述两个方案比较起来方案上述两个方案比较起来方案1 1中的避障管的测量中的避障管的测量范围相比于超声波模块较小，而且方案范围相比于超声波模块较小，而且方案1 1中的中的外接喇叭可能会在吵杂的环境中使使用者不能听清外接喇叭可能会在吵杂的环境中使使用者不能听清提示指令，因此方案提示指令，因此方案2 2中的耳机相比较好，还有方中的耳机相比较好，还有方案案1 1中的案件受外界影响较大，而红外开关的抗干中的案件受外界影响较大，而红外开关的抗干扰能力较强，而且相比于方案扰能力较强，而且相比于方案1 1中的中的GPSGPS模块方案模块方案2 2中的导航仪更加人性化，不仅可以在使用的时候导中的导航仪更加人性化，不仅可以在使用的时候导航而且在不使用的时候可以当航而且在不使用的时候可以当mp3mp3听歌用，做到了听歌用，做到了劳逸结合，此外方案劳逸结合，此外方案2 2中的轻木棒杖体相比于中的轻木棒杖体相比于方案方案1 1中的合金材料不仅重量轻而且造价低。所中的合金材料不仅重量轻而且造价低。所以综上所述方案以综上所述方案2 2更好一些，我们选择方案更好一些，我们选择方案2.2.第26页，共33页。最终方案最终方案 在小车前方用超声波传感器来探测前方是否有障碍，若未发现前方有障碍物则直走，如果发现了前方有障碍物，则通过语音模块来控制外接耳机提醒使用者，然后使用者可以通过手柄上的红外控制开关来控制导盲杖底端的小车进行左右转弯，在导盲杖上安装导航仪，来使使用者了解路况以及应行进的方向，导盲杖的杖体应用轻木棒。第27页，共33页。当前国内外同类课题研究水平概述当前国内外同类课题研究水平概述 近几年，世界上视觉障碍者数量众多，他们只近几年，世界上视觉障碍者数量众多，他们只能用能用6060的感觉来获取信息。为此，国内国的感觉来获取信息。为此，国内国外对电子智能导盲杖的研究越来越深入，中外对电子智能导盲杖的研究越来越深入，中国的一些研究人员将传感器加入到了导盲杖国的一些研究人员将传感器加入到了导盲杖之中，使其可以在探测到障碍物的时候，通之中，使其可以在探测到障碍物的时候，通过某种现象来通知使用者，而不像以前的导过某种现象来通知使用者，而不像以前的导盲杖那样完全靠使用者自己的感觉。盲杖那样完全靠使用者自己的感觉。其中有一种由超声波收发器、拐杖体、控制电其中有一种由超声波收发器、拐杖体、控制电路、拐杖把和橡胶体等部件组合而成，柱形内路、拐杖把和橡胶体等部件组合而成，柱形内空式拐杖体顶端横拐处制有拐杖把，底端固连空式拐杖体顶端横拐处制有拐杖把，底端固连制有软体式橡胶体，在拐杖体和拐杖把对接处制有软体式橡胶体，在拐杖体和拐杖把对接处制有便于握杖手按动的电源开关；制有便于握杖手按动的电源开关；第28页，共33页。拐杖体采用刚性材料制成内腔为空体式，拐杖体采用刚性材料制成内腔为空体式，内腔中安装有控制电路板、电源及超声波内腔中安装有控制电路板、电源及超声波发射与接受器件，按电学原理电连通，实发射与接受器件，按电学原理电连通，实现整体控制功能；在拐杖体下端的橡胶体现整体控制功能；在拐杖体下端的橡胶体上部与拐杖把拐向相对应方向制有上、下上部与拐杖把拐向相对应方向制有上、下排列的超声波接受器与发射器；排列的超声波接受器与发射器；本实用新型结构新颖，原理简单可靠，测控本实用新型结构新颖，原理简单可靠，测控范围大，精度好，具有良好的推广实用前景，范围大，精度好，具有良好的推广实用前景，使用该套设备可以降低不必要引起的交通安使用该套设备可以降低不必要引起的交通安全事故，比一般导盲用具的功能有所增加。全事故，比一般导盲用具的功能有所增加。第29页，共33页。此外，日本的一些研究人员在此外，日本的一些研究人员在20102010年年5 5月月2020日在日日在日本秋田市举行的全国盲人福祉大会上将其自行研发本秋田市举行的全国盲人福祉大会上将其自行研发的的电子导盲杖公开。据秋田县立大学介绍，这是的的电子导盲杖公开。据秋田县立大学介绍，这是首款能够感应到使用者脸部高度处障碍物的导盲杖，首款能够感应到使用者脸部高度处障碍物的导盲杖，使盲人的出行的安全系数得到了极大的提高，使他使盲人的出行的安全系数得到了极大的提高，使他们出行更加安全。们出行更加安全。盲人使用传统导盲杖时，通过感触脚边的障盲人使用传统导盲杖时，通过感触脚边的障碍物及盲道进行判断，可以避开脚边障碍，碍物及盲道进行判断，可以避开脚边障碍，但经常会撞上脸部高度处的招牌等物体。这但经常会撞上脸部高度处的招牌等物体。这种新型导盲杖装有种新型导盲杖装有2 2个超声波感应器，能够感应个超声波感应器，能够感应到前方到前方2 2米脸部高度处的障碍物，并通过震动手柄米脸部高度处的障碍物，并通过震动手柄通知使用者。该导盲杖重量也控制在通知使用者。该导盲杖重量也控制在300300克左右，克左右，与传动导盲杖基本相当。与传动导盲杖基本相当。第30页，共33页。20102010年年5 5月月2020日，约有日，约有130130名视觉障碍者试用了名视觉障碍者试用了这种导盲杖。参与开发的相关人员确认了他这种导盲杖。参与开发的相关人员确认了他们在设有障碍物的们在设有障碍物的2020米路段上的步行效果。来米路段上的步行效果。来自大分县的自大分县的6060岁针灸师羽田野敏子笑着说：岁针灸师羽田野敏子笑着说：“我我曾经撞到过卡车车厢上突出来的木材，这种导盲曾经撞到过卡车车厢上突出来的木材，这种导盲杖能够感应到脸部高度，非常方便。杖能够感应到脸部高度，非常方便。国内外的导盲杖事业的发展已经基本相对完备，国内外的导盲杖事业的发展已经基本相对完备，但是其唯一的缺点就是不能像导盲犬那样领着使但是其唯一的缺点就是不能像导盲犬那样领着使用者前进。若不突破此限制将会大大的限制导盲用者前进。若不突破此限制将会大大的限制导盲杖的发展。因此，我们会基于此方面创作一种新杖的发展。因此，我们会基于此方面创作一种新型的导盲杖，完善以前导盲杖上的技术缺陷。型的导盲杖，完善以前导盲杖上的技术缺陷。第31页，共33页。图为导盲杖的车体图图为导盲杖的车体图图为类导盲犬导盲杖的全身实物图图为类导盲犬导盲杖的全身实物图 导盲小车内部包括了控制模导盲小车内部包括了控制模块（块（LM3S1138LM3S1138，LM3S3748LM3S3748），运动模块（电机，车），运动模块（电机，车轮轮,万向轮），驱动模块万向轮），驱动模块（298298驱动板），语音木块驱动板），语音木块（语音版，耳机），导航仪（语音版，耳机），导航仪模块，光线检测模块，发光模块，光线检测模块，发光模块模块 最下端为导最下端为导盲杖的导航盲杖的导航小车，小车小车，小车的上端为超的上端为超声波避障器，声波避障器，在杖体的上在杖体的上端为两个红端为两个红外控制开关外控制开关以及一个导以及一个导盲杖电源的盲杖电源的中开关（在中开关（在红外开关的红外开关的背面）。背面）。第32页，共33页。谢谢！第33页，共33页。