智能巡航导盲车
阅读说明：本技术 智能巡航导盲车 (Intelligent cruise blind-guiding vehicle ) 是由 贾璐泽 高殿策 李泊桥 武桐宇 徐正立 李子豪 霍志军 周凯歌 郭新宇 王斌赫 于 2021-07-05 设计创作，主要内容包括：本发明为一种智能巡航导盲车,解决了现有导盲装置无法适应复杂路况以及无方向指示功能等问题。该导盲车包括车架,车架上安装有履带驱动部、三角轮驱动部、转向提示部和第一驱动电机,转向提示部主要由支撑柱、传动杆、转向帽、和弹力梁组成,通过车体在转向时给弹力梁施力,弹力梁变形后即可带动转向帽转动,从而得知转向信息。本发明导盲车设计科学、结构合理、操作容易、使用方便、避障精度高、安全可靠,该导盲车不仅能够适应各种复杂环境的城市道路,而且还兼具了转向提示功能,不仅丰富了导盲车的功能,还拓展了导盲车的适用性,最终有效的提高了盲人出行的安全性和便利性,值得推广使用。(The invention relates to an intelligent cruise blind-guiding vehicle, which solves the problems that the existing blind-guiding device cannot adapt to complex road conditions and has no direction indicating function and the like. The blind guiding vehicle comprises a vehicle frame, wherein a crawler driving part, a triangle wheel driving part, a steering prompting part and a first driving motor are installed on the vehicle frame, the steering prompting part mainly comprises a supporting column, a transmission rod, a steering cap and an elastic beam, the vehicle body applies force to the elastic beam when steering, and the elastic beam can drive the steering cap to rotate after deforming, so that steering information can be obtained. The blind guiding vehicle is scientific in design, reasonable in structure, easy to operate, convenient to use, high in obstacle avoidance precision, safe and reliable, not only can adapt to urban roads in various complex environments, but also has a steering prompting function, not only is the function of the blind guiding vehicle enriched, but also the applicability of the blind guiding vehicle is expanded, finally the safety and the convenience of the blind in traveling are effectively improved, and the blind guiding vehicle is worthy of popularization and use.)
技术领域
本发明涉及导盲
技术领域
，特别涉及一种功能丰富的导盲装置，具体是一种智能巡航导盲车。背景技术
现有的导盲车技术主要是循迹与避障两种功能，国内的研究重点基本是在导盲杖方面下功夫，而国外则以高端机器人著称。目前，已经普遍应用或研发成功的大致分为超声波导盲仪、移动式机器人、 穿戴式导盲仪和导引式手杖四种。但是现有的导盲装置还是或多或少的存在一些问题，比较突出的有如下两问题：一是现有导盲装置对于比较复杂的路况依然存在一定的局限性，所以其适应复杂路况的性能还有待进一步的提高；二是现有导盲装置均没有考虑到盲人的方向感问题，因为盲人几乎无方向感，在导盲车转向时需要更多的反应时间，若在道路上遇到突发情况时，极有可能会因无法及时应对而造成严重的后果。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术中存在的问题，而提供一种功能更加丰富、性能更加完善的智能巡航导盲车。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种智能巡航导盲车，包括车架、履带驱动部、三角轮驱动部、转向提示部和第一驱动电机；
车架包括平台板，平台板中部位置的两侧分别固定有向下延设的用于安装履带驱动部的第一支撑板，平台板后部位置的两侧分别固定有同时向上及向下延设的用于安装转向提示部及第一驱动电机的第二支撑板；
履带驱动部包括两组履带传动系统，两组履带传动系统分别安装于两侧的第一支撑板底端；每组履带传动系统中的驱动轮上均同轴固定有大同步带轮；
三角轮驱动部包括第二驱动电机、丝杠、两根光轴、移动板、连杆、轮架、第三驱动电机以及两组三角轮组；第二驱动电机安装在平台板底面的前端位置处，丝杠及两根光轴安装在平台板底面上紧邻第二驱动电机后方的位置，丝杠位于两根光轴之间且三者彼此平行设置，丝杠可自由转动且其前端端部与第二驱动电机的输出端连接；移动板滑动插装在丝杠及两根光轴上，移动板上固定有传动螺母，传动螺母与丝杠螺纹连接；轮架的顶端铰接连接在平台板底面上紧邻丝杠及光轴后方的位置，轮架的底端转动安装有转轴，两组三角轮组分别安装在转轴的两端，转轴上安装有副驱动齿轮；第三驱动电机安装在轮架上靠近转轴的位置，第三驱动电机的输出轴上安装有主驱动齿轮，并且主驱动齿轮与转轴上的副驱动齿轮啮合连接；连杆的一端与移动板铰接连接，连杆的另一端与轮架的中上部位置铰接连接；
转向提示部包括支撑柱、传动杆、转向帽、弹力梁、轴承座和小同步带轮；支撑柱固定在平台板顶面的后端位置处，支撑柱包括与平台板垂直固定的立柱，立柱的顶部安装有向后延设的横柱；传动杆竖向设置，其顶部穿过支撑柱的横柱，传动杆的底端端部连接有鱼眼接头，转向帽安装在传动杆穿过横柱后的顶端端部；弹力梁为一体式梁，其包括位于同一水平线上的左梁段、中梁段和右梁段，左梁段和中梁段之间设有左凹型梁段，右梁段和中梁段之间设有右凹型梁段，左梁段及左凹型梁段和右梁段及右凹型梁段以中梁段的中点对称布置，传动杆上的鱼眼接头连接在中梁段的中心位置处；轴承座设有两组，且分别固定在两个第二支撑板的上延段上，小同步带轮设有两个，且分别转动安装在两组轴承座上；
弹力梁的左梁段端部及右梁段端部分别转动安装在对应的小同步带轮的内端面轴心处，且左梁段及右梁段上紧贴小同步带轮的位置均套装固定有限位扭簧；小同步带轮的内端面向外延设有与之同轴设置的圆环凸缘，圆环凸缘的内环壁上沿其轴线方向设有一道定位卡棱，位于圆环凸缘内的限位扭簧的扭杆端部活动卡置在定位卡棱上；
第一驱动电机设有两台，且均安装在两个第二支撑板的下延段之间，两台第一驱动电机左右对称安装；每台第一驱动电机的输出轴上均安装有两个同步驱动带轮，其中一个同步驱动带轮与同侧的小同步带轮之间通过传动皮带连接、另一个同步驱动带轮与同侧的大同步带轮通过传动皮带连接。
进一步的，第一驱动电机安装在安装座上，安装座固定在安装横梁上，安装横梁固定在同侧的第一支撑板及第二支撑板下延段上。
进一步的，支撑柱中的立柱和横柱之间通过角码可拆连接。
进一步的，车架上安装有太阳能发电装置。
进一步的，该导盲车还包括避障警报系统，避障警报系统包括主控板、openMV摄像头和蜂鸣器，openMV摄像头和蜂鸣器分别与主控板连接，openMV摄像头安装在车架的平台板前端中间的位置处。
本发明智能巡航导盲车一方面运用履带与三角轮配合的机械结构以适应复杂的城市道路，平路或直坡时通过履带行走，当遇到台阶等障碍物时，就可以将三角轮降下，通过三角轮实现对阶梯等障碍物的攀越；另一方面是该导盲车在具备导盲功能的基础上又增加了纯机械式的转向提示装置，运用弹力梁的变形性质将角度的形变通过传动杆传递到转向帽，进而通过转向帽上的箭头纹路等提示来提醒盲人转向，此结构在导盲车转向过程中会不断提示盲人转向，直到转向过程结束。
本发明导盲车设计科学、结构合理、操作容易、使用方便、避障精度高、安全可靠，该导盲车不仅能够适应各种复杂环境的城市道路，而且还兼具了转向提示功能，不仅丰富了导盲车的功能，还拓展了导盲车的适用性，最终有效的提高了盲人出行的安全性和便利性，值得推广使用。
附图说明
此处的附图用来提供对本发明的进一步说明，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用来解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明导盲车的前视整体结构示意图。
图2为本发明导盲车的后视整体结构示意图。
图3为本发明导盲车三角轮驱动部的结构示意图。
图4为本发明导盲车弹力梁的结构示意图。
图5为本发明导盲车弹力梁与小同步带轮的连接示意图。
图中：1-第一驱动电机、2-平台板、3-第一支撑板、4-第二支撑板、5-履带传动系统、6-大同步带轮、7-丝杠、8-光轴、9-移动板、10-连杆、11-轮架、12-第三驱动电机、13-三角轮组、14-第二驱动电机、15-转轴、16-传动杆、17-转向帽、18-弹力梁、19-轴承座、20-小同步带轮、21-立柱、22-横柱、23-鱼眼接头、24-左梁段、25-中梁段、26-右梁段、27-左凹型梁段、28-右凹型梁段、29-限位扭簧、30-圆环凸缘、31-定位卡棱、32-安装座、33-安装横梁、34-同步驱动带轮、35-角码、36-openMV摄像头。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好的理解本发明，以下结合具体实施例对本发明作进一步清楚、完整的说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
一种智能巡航导盲车，包括车架、履带驱动部、三角轮驱动部、转向提示部、第一驱动电机1、太阳能发电装置和避障警报系统，其整体结构如图1和图2所示。
车架包括平台板2，平台板2中部位置的两侧分别固定有向下延设的用于安装履带驱动部的第一支撑板3，平台板2后部位置的两侧分别固定有同时向上及向下延设的用于安装转向提示部及第一驱动电机1的第二支撑板4。
履带驱动部包括两组履带传动系统5，两组履带传动系统5分别安装于两侧的第一支撑板3底端；每组履带传动系统5中的驱动轮上均同轴固定有大同步带轮6。对于正常路面，即对盲人正常移动没有影响的路面，导盲车就通过履带传动系统5进行移动。
三角轮驱动部包括第二驱动电机14、丝杠7、两根光轴8、移动板9、连杆10、轮架11、第三驱动电机12以及两组三角轮组13，结构如图3所示；第二驱动电机14安装在平台板2底面的前端位置处，丝杠7及两根光轴8安装在平台板2底面上紧邻第二驱动电机14后方的位置，丝杠7位于两根光轴8之间且三者彼此平行设置，丝杠7可自由转动且其前端端部与第二驱动电机14的输出端连接；移动板9滑动插装在丝杠7及两根光轴8上，移动板9上固定有传动螺母和直线轴承，传动螺母与丝杠螺纹连接，直线轴承与光轴8套装连接；轮架11的顶端铰接连接在平台板2底面上紧邻丝杠7及光轴8后方的位置，轮架11的底端转动安装有转轴15，两组三角轮组13分别安装在转轴15的两端，转轴15上安装有副驱动齿轮；第三驱动电机12安装在轮架11上靠近转轴15的位置，第三驱动电机12的输出轴上安装有主驱动齿轮，并且主驱动齿轮与转轴15上的副驱动齿轮啮合连接；连杆10的一端与移动板9铰接连接，连杆10的另一端与轮架11的中上部位置铰接连接。导盲车在碰到路牙、楼梯等障碍物时，就会通过第二驱动电机14、丝杠7、光轴8、移动板9、传动螺母、连杆10的共同配合而将两组三角轮组13降下，从而使车身抬起，第三驱动电机12带动三角轮的轴转动从而使车体爬上楼梯或路牙等障碍物。三角轮组13的下降具体为：通过第三驱动电机12带动导程为2mm的丝杠7转动，使传动螺母在丝杠7上平移，然后让与传动螺母固定的移动板9平移，带动连杆10使三角轮下降。正常楼梯台阶高度一般是180mm-110mm，通过计算丝杠7需将移动板9向前推进97.83mm-38.98mm，此第三驱动电机12应转48.9圈至19.5圈，其中， 2第二驱动电机14采用异形步进电机，第三驱动电机12采用无刷直流电机，移动板9采用环氧板，丝杠7直径为8mm，光轴直径为10mm。
转向提示部包括支撑柱、传动杆16、转向帽17、弹力梁18、轴承座19和小同步带轮20；支撑柱固定在平台板2顶面的后端位置处，支撑柱包括与平台板2垂直固定的立柱21，立柱21的顶部安装有向后延设的横柱22，立柱21和横柱22之间通过角码35可拆连接，角码与立柱21及横柱22连接时纵向受力为摩擦力，为适应不同身高的人使用，可将角码螺丝拧松之后调节好高度然后再将角码螺丝拧紧；传动杆16竖向设置，其顶部穿过支撑柱的横柱22，传动杆16的底端端部连接有鱼眼接头23，转向帽17安装在传动杆16穿过横柱22后的顶端端部；弹力梁18为一体式梁，结构如图4所示，其包括位于同一水平线上的左梁段24、中梁段25和右梁段26，左梁段24和中梁段25之间设有左凹型梁段27，右梁段26和中梁段25之间设有右凹型梁段28，左梁段24及左凹型梁段27和右梁段26及右凹型梁段28以中梁段25的中点对称布置，传动杆16上的鱼眼接头23连接在中梁段25的中心位置处；轴承座19设有两组，且分别固定在两个第二支撑板4的上延段上，小同步带轮20设有两个，且分别转动安装在两组轴承座19上。
弹力梁18的左梁段24端部及右梁段26端部分别转动安装在对应的小同步带轮20的内端面轴心处，且左梁段24及右梁段26上紧贴小同步带轮20的位置均套装固定有限位扭簧29，如图5所示；小同步带轮20的内端面边缘处向外延设有与之同轴设置的圆环凸缘30，圆环凸缘30的内环壁上沿其轴线方向设有一道定位卡棱31，位于圆环凸缘30内的限位扭簧29的扭杆端部活动卡置在定位卡棱31上。
第一驱动电机1设有两台，且均安装在两个第二支撑板4的下延段后方之间，两台第一驱动电机1左右对称安装，其具体安装方式为：第一驱动电机1安装在安装座32上，安装座32固定在安装横梁33上，安装横梁33固定在同侧的第一支撑板3及第二支撑板4下延段上；每台第一驱动电机1的输出轴上均安装有两个同步驱动带轮34，其中一个同步驱动带轮34与同侧的小同步带轮20之间通过传动皮带连接、另一个同步驱动带轮34与同侧的大同步带轮6通过传动皮带连接。
上述转向提示部的工作原理为：当车体转弯时，两台第一驱动电机1的转速不同，那么也就使得转向提示部中的两个小同步带轮20转速不同；对于弹力梁18，扭簧29的扭杆记为力臂A，凹型梁段28的竖梁记为力臂B，中梁段25记为力臂C，由于力臂B的长度大于力臂A的长度，故在受相同力的时候力臂B会首先发生变形，当力臂B变形后会带动力臂C发生横向扭转变形，力臂C带动传动杆16转动，传动杆16带动上方印有箭头的转向帽17转动，从而达到为盲人指向目的。现有的导盲车并无提前预告导向机构，此导盲车上的转向提示部为纯机械结构，在行走的过程中不仅可转向提示，还可以在车辆受震动时及时将震动传递到转向帽17中，以便盲人感知路况。在转过弯之后机构的回复过程为：当弹力梁18受力时会产生弯曲，横向距离会收缩，当收缩量超过圆环凸缘30内定位卡棱31的高度时，扭簧29的扭杆会越过定位卡棱31，之后弹力梁18的该端会不受力，由于弹性形变的恢复性，弹力梁18会回复到原来的形状，长度也会恢复原来的长度，扭簧29的扭杆会被定位卡棱31重新卡住，这样扭簧29与定位卡棱31配合可防止转弯角度过大时弹力梁18发生塑性形变而造成弹力梁18损坏。
太阳能发电装置安装在导盲车的车架上，安装的具体位置可根据实际需要进行选择，太阳能发电装置能够为本导盲车的运行提供充足的电力支持，实现绿色出行的目的。
避障警报系统包括主控板、openMV摄像头36和蜂鸣器，openMV摄像头36和蜂鸣器分别与主控板连接；将openMV摄像头36用螺栓连接固定到3D打印的相机支架上，再将相机支架安装在车架的平台板前端中间的位置处，主控板和蜂鸣器安装的具体位置可根据实际需要进行选择。避障警报系统的工作原理为：通过openMV摄像头36检测车辆前方，并通过算法三维测距，检测一米之内的物体，通过开运算去除噪点，同时计算面积，当面积小于一定阈值的时候不考虑，最后得到其中心坐标发送至主控板，主控板控制蜂鸣器发出警报并且通过履带差速调整车的前进方向进而避障。
以上所述的具体实施例，对本发明解决的问题、有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的构思范围内所做的均等变化与修饰，均应属于本发明权利要求的覆盖范围。
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