“引路者”紅外線-熱成像智能導(dǎo)盲杖

孫小涵 徐婷

上海健康醫(yī)學(xué)院護(hù)理與健康管理學(xué)院

隨著科技的發(fā)展智能產(chǎn)品也在市場(chǎng)上嶄露頭角，智能導(dǎo)盲杖的出現(xiàn)無(wú)疑是對(duì)視障人士群體的一個(gè)好消息。然而現(xiàn)在市場(chǎng)上出售的智能導(dǎo)盲杖，功能大多只有電臺(tái)廣播與手電筒功能，提供一些娛樂(lè)功能和夜間警示功能。先進(jìn)一些智能導(dǎo)盲杖會(huì)具備障礙物提醒功能，但不具備障礙物區(qū)分功能從而導(dǎo)致過(guò)多提醒信息影響使用，視障人士往往會(huì)因?yàn)槭艿竭^(guò)多的信息而無(wú)法處理，導(dǎo)致使用時(shí)更加緊張。而本產(chǎn)品在基本功能的基礎(chǔ)上增加了兩項(xiàng)新功能：（1）利用紅外線感應(yīng)技術(shù)感應(yīng)區(qū)域內(nèi)的障礙物并做出提示，利用熱成像感應(yīng)技術(shù)區(qū)別行人與障礙物，做到信息的過(guò)濾。（2）增設(shè)GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，提供實(shí)時(shí)定位和根據(jù)盲道而設(shè)立的導(dǎo)航路線，為使用者提供準(zhǔn)確安全的路線以及意外呼叫救援。

一、研究目的

視障人士能否利用一個(gè)強(qiáng)大性能的設(shè)備使自己完成安全出行這一問(wèn)題促使本研究團(tuán)隊(duì)萌發(fā)智能導(dǎo)盲杖設(shè)計(jì)動(dòng)機(jī)，將科技與導(dǎo)盲杖結(jié)合，強(qiáng)化導(dǎo)盲杖性能，為視障人士的安全出現(xiàn)帶來(lái)更好的保障。

二、研究設(shè)計(jì)

（一）導(dǎo)盲杖結(jié)構(gòu)

1.把手

智能導(dǎo)盲杖把手采用雙層結(jié)構(gòu)、防滑設(shè)計(jì)（圖1）。下層把手契合各類人的手型，可以提高握持的舒適度，上層把手起到保護(hù)作用的同時(shí)還增添了功能按鍵。把手可以超過(guò)270°的旋轉(zhuǎn)，既可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的直桿式用法，也可以根據(jù)使用者的習(xí)慣來(lái)旋轉(zhuǎn)至一個(gè)合適的角度。下層的握把處安裝了三個(gè)獨(dú)立震動(dòng)模塊，可以讓使用者精確判斷障礙物的位置。上層握把包含語(yǔ)音提示的揚(yáng)聲器大小開(kāi)關(guān)、加熱裝置按鈕，報(bào)警以及定位發(fā)送按鈕。

2.杖身

杖身采用鋁合金材料，保證導(dǎo)盲杖的堅(jiān)固與輕便共存的特點(diǎn)。杖身的涂料采用傳統(tǒng)的紅白相間設(shè)計(jì)，添加3M反光貼，在夜晚出行使用時(shí)能夠給遠(yuǎn)處行使的車輛予以提醒。杖身底部搭配可替換式PU防滑墊，摩擦力大可以有效防止使用時(shí)打滑，并且在使用久后可以替換防滑墊。杖身內(nèi)部的紅外線加熱成像感應(yīng)使本產(chǎn)品的可靠防誤裝系統(tǒng)，紅外線感應(yīng)前方距離內(nèi)的障礙物，熱成像感應(yīng)可根據(jù)所識(shí)別物體的溫度來(lái)區(qū)別是行人還是障礙物，避免過(guò)多的障礙信息，影響盲人的行動(dòng)。杖身采用折疊式設(shè)計(jì)，折疊處有橡膠包膠保護(hù)，每一塊感應(yīng)元件都能夠很好的被保護(hù)起來(lái)，維持較長(zhǎng)的使用壽命。

圖1 “引路者”紅外線—熱成像智能導(dǎo)盲杖把手

（二）導(dǎo)盲杖防誤撞系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.感應(yīng)技術(shù)

杖身、手柄轉(zhuǎn)輪關(guān)節(jié)處共安裝兩個(gè)傳感器模塊，手柄處的傳感器模塊中帶有熱成像功能，可以自動(dòng)在立體扇形區(qū)域內(nèi)區(qū)分行人與障礙物，杖身設(shè)有向上與向前的感應(yīng)器，可以識(shí)別使用者頭部高度的障礙物與使用者面前的障礙物。且每一個(gè)感應(yīng)器皆采用陀螺儀設(shè)計(jì)，能夠始終保證設(shè)定好的探測(cè)范圍以及角度不發(fā)生太多變化（圖2）。

圖2 “引路者”紅外線—熱成像智能導(dǎo)盲杖導(dǎo)防誤撞系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）紅外線感應(yīng)技術(shù)

紅外線感應(yīng)技術(shù)依靠?jī)?nèi)置的激光紅外線測(cè)距儀，本產(chǎn)品分為上下兩個(gè)組塊，上部的測(cè)距儀位于把手旋轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)的下方以及杖底上40cm處，上組塊可以測(cè)得當(dāng)前組塊上1～2m的距離，下組塊可以測(cè)得距離盲人正前方180°扇形7米外的障礙物，可以配合語(yǔ)音系統(tǒng)給予由輕到重的音量變化，由弱至強(qiáng)的震動(dòng)反饋。

（2）熱成像感應(yīng)技術(shù)

熱成像感應(yīng)技術(shù)在國(guó)內(nèi)運(yùn)用的其實(shí)不算少，將此技術(shù)應(yīng)用在導(dǎo)盲杖的產(chǎn)品是為了能夠在普通障礙物與人之間起到一個(gè)區(qū)分的作用。本產(chǎn)品將設(shè)定一個(gè)溫度區(qū)間在33℃至38℃的范圍內(nèi)，利用感應(yīng)元件將此溫度區(qū)間設(shè)置為不用提醒，因?yàn)槿梭w的溫度主要是在這一區(qū)間內(nèi)，這樣可以最大程度的避免不必要的提醒，起到較好的信息的過(guò)濾。

2.模塊震動(dòng)與語(yǔ)音播報(bào)提醒系統(tǒng)

震動(dòng)模塊安置在握把之上，震動(dòng)強(qiáng)度設(shè)立了三個(gè)強(qiáng)度大小，震動(dòng)的強(qiáng)度會(huì)根據(jù)前方障礙物的距離7米→4米→1米而逐漸增強(qiáng)，給予使用者更加準(zhǔn)確直觀的感知。語(yǔ)音播報(bào)分為揚(yáng)聲器與內(nèi)置藍(lán)牙耳機(jī)。揚(yáng)聲器的提醒音為路人設(shè)計(jì)，行人可能存在低頭看手機(jī)而沒(méi)有注意到迎面走來(lái)的是一位視障人士，從而發(fā)生誤撞的情況，揚(yáng)聲器可以在接近1米時(shí)發(fā)出語(yǔ)音提示。

（三）GPS定位系統(tǒng)

1.目的地導(dǎo)航系統(tǒng)

本產(chǎn)品的目的地導(dǎo)航系統(tǒng)需要搭配藍(lán)牙耳機(jī)使用，使用者可以通過(guò)語(yǔ)音指令來(lái)輸入想要到達(dá)的目的地，地圖導(dǎo)航系統(tǒng)將會(huì)根據(jù)當(dāng)前的道路實(shí)況選擇出最安全的一條道路來(lái)為使用者提供一個(gè)語(yǔ)音引導(dǎo)，本產(chǎn)品的導(dǎo)航地圖預(yù)期與谷歌地圖合作，提高路線的精確度與路況的真實(shí)性。

2.實(shí)時(shí)位置共享

本產(chǎn)品會(huì)以1分鐘/次的頻率上傳當(dāng)前的位置，每個(gè)導(dǎo)盲杖都會(huì)有自己的獨(dú)立編號(hào)，所有的實(shí)時(shí)位置信息將會(huì)被記錄在后臺(tái)，在導(dǎo)盲杖有嚴(yán)重?fù)p壞或者受到劇烈撞擊的時(shí)候便會(huì)發(fā)送警報(bào)，警報(bào)的信息會(huì)第一時(shí)間由后臺(tái)接受并聯(lián)系到附近的救援機(jī)構(gòu)。

三、結(jié)論

本項(xiàng)目所研發(fā)的“引路者”紅外線-熱成像智能導(dǎo)盲杖，創(chuàng)新點(diǎn)與特殊點(diǎn)在于對(duì)熱成像技術(shù)和GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用。熱成像技術(shù)的應(yīng)用可以使得導(dǎo)盲杖在對(duì)前方障礙物信息的判斷中有一個(gè)濾過(guò)的作用，避免過(guò)多的提示，給予使用者在信息的處理上有足夠的反應(yīng)時(shí)間；GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用對(duì)使用者的出行增加了更多目的地選擇的可能與行路過(guò)程中的準(zhǔn)確性。傳統(tǒng)的杖身外貌與手感設(shè)計(jì)，全新的智能科技系統(tǒng)，兩者結(jié)合為盲人帶來(lái)更多的便利。