一种基于机器视觉的机械导盲犬的制作方法

本实用新型涉及机器人领域，尤其是涉及一种基于机器视觉的机械导盲犬。

背景技术：

导盲犬是用来给盲人导路用的，可以帮助盲人过马路、坐地铁、回家等等。在国外购买一只导盲犬作为自己伙伴的人是很多的。在国内，这两年也有越来越多的人选择导盲犬为自己的亲人或者是盲人朋友去做向导。

然而导盲犬价格昂贵，培训周期长，工作寿命有限，一只导盲犬并不能一直陪伴一位盲胞，需要不断有新的导盲犬来替代，这会给盲人朋友带来很大的经济负担，因此，目前导盲犬并未普及，因此需要设计一种价格低廉的机械式导盲犬来为盲人朋友提供生活便利。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于机器视觉的机械导盲犬。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于机器视觉的机械导盲犬，该机械导盲犬包括主体件、机械腿、视觉组件和控制器，所述的机械腿设置四个并安装在主体件上形成四足式移动机器人，所述的视觉组件安装在主体件上用于探测周围环境，所述的机械腿和视觉组件均连接至控制器。

所述的主体件为具有一定厚度的平板，所述的平板尾部表面开设有一个用于放置物品的容纳腔。

所述的机械腿包括大腿关节和小腿关节，所述的大腿关节顶部与主体件活动连接形成第一活动节点，大腿关节底部与小腿关节活动连接形成第二活动节点，所述的第一活动节点处设有用于驱动大腿关节运动的驱动电机，所述的驱动电机均连接至控制器。

所述的小腿关节末端与地面接触位置为圆弧状。

所述的视觉组件包括摄像机、安装连杆和安装底座，所述的安装底座固定在主体件上，所述的安装连杆一端安装在安装底座上并活动连接，安装连杆另一端安装所述的摄像机。

所述的摄像机设有安装壳体，所述的安装壳体固定在安装连杆端部，所述的摄像机的主体部分均包裹设置于所述的安装壳体中，摄像机的镜头部分外凸于所述的安装壳体。

所述的安装连杆于安装底座活动连接处设有用于驱动安装连杆转动的步进电机。

所述的控制器包括树莓派。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

(1)本实用新型设计了的机械导盲狗，通过摄像机进行视觉导航，提供了一种全新的导盲方式，成本低，能够实现普及应用，为盲人提供生活便利；

(2)本实用新型能够更适应多样的环境，在不同的地理环境下机器人依旧拥有畅行无阻的能力，可靠性高；

(3)本实用新型摄像机能进行自主调整，使得摄像机拍摄的画面更可控，保证行走的可靠性。

附图说明

图1为基于机器视觉的机械导盲犬的整体结构示意图；

图2为基于机器视觉的机械导盲犬的主体件的结果示意图。

图中，1为摄像机，2为安装连杆，3为大腿关节，4为小腿关节，5为主体件，6为容纳腔，7为安装底座。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。注意，以下的实施方式的说明只是实质上的例示，本实用新型并不意在对其适用物或其用途进行限定，且本实用新型并不限定于以下的实施方式。

实施例

如图1、图2所示，一种基于机器视觉的机械导盲犬，该机械导盲犬包括主体件5、机械腿、视觉组件和控制器，机械腿设置四个并安装在主体件5上形成四足式移动机器人，视觉组件安装在主体件5上用于探测周围环境，机械腿和视觉组件均连接至控制器，控制器包括树莓派。

足式机器人较传统的四轮式和履带式有着无与伦比的优势，其在复杂环境中具有更高的机动性，在军事任务和抢险任务中能够发挥出比传统轮式更大的作用。要想让机器人更智能，首先要做到的是让机器人能够像人或动物一样自由行动。

①平衡性和动态运动能力:能够让机器人在任意地方、任何地形保持平衡，并实现自由活动，这意味着机器人的工作范围得到了有效扩展。

②对运动的控制能力:指机器人可以灵活地进行自由活动，这意味着机器人能够在移动的过程中轻松完成各项操作任务。

③移动感知能力:指机器人能够感知空间中物体的稳定存在，即便视线移向别处也能够避开障碍物，这意味着机器人能够绘制出周边环境中障碍物的位置图，从而在移动的过程中能够有效避开障碍物。

四足步行机器人机构简单且灵活，承载能力强、稳定性好，在抢险救灾、探险、娱乐及军事等许多方面有很好的应用前景。

主体件5为具有一定厚度的平板，通过整体化的设计，零件无需再次加工至主体件5上，使得连接更为牢固，产品的强度和硬度有保证，同时将所需要的零件整合为一体，无需分开安装的方法，使产品在大规模生产时省去了额外的制作费用，更具有经济性。平板尾部表面开设有一个用于放置物品的容纳腔6，方便出行时放置一些轻巧的物品，提供生活便利。

机械腿包括大腿关节3和小腿关节4，所述的大腿关节3顶部与主体件5活动连接形成第一活动节点，大腿关节3底部与小腿关节4活动连接形成第二活动节点，所述的第一活动节点处设有用于驱动大腿关节3运动的驱动电机，所述的驱动电机均连接至控制器。小腿关节4末端与地面接触位置为圆弧状。通过驱动电机控制大腿关节3再通过连杆机构使得小腿关节4运动的运动方法参考了仿生学，能够更适应多样的环境，在不同的地理环境下机器人依旧拥有畅行无阻的能力。对机器人小腿关节4底部的圆弧形设计使得其摩擦力减小，耐磨性增加，能增加耐久度，更具有经济性。

视觉组件包括摄像机1、安装连杆2和安装底座7，安装底座7固定在主体件5上，安装连杆2一端安装在安装底座7上并活动连接，安装连杆2另一端安装摄像机1。摄像机1设有安装壳体，安装壳体固定在安装连杆2端部，摄像机1的主体部分均包裹设置于安装壳体中，摄像机1的镜头部分外凸于安装壳体。安装连杆2于安装底座7活动连接处设有用于驱动安装连杆2转动的步进电机。采用全身包裹式的安装壳体将摄像机1包裹其中，保护摄像机1不受外界环境的干扰损坏，使摄像机1使用时间更长。摄像机1通过安装连杆2安装在安装底座7上，采用连杆机构使得运动更为方便，同时使得摄像机1拍摄的画面更可控，保证行走的可靠性。

本实用新型驱动模块采用了robomasterm2006p36直流无刷减速电机和robomasterc610无刷电机调速器组成，具有控制精度高，输出功率大，体积小等特性。

(1)m2006p36直流无刷减速电机

robomasterm2006动力系统相比于普通动力系统，robomasterm2006p36直流无刷减速电机内置转子位置传感器，可提供精确的位置反馈。robomasterc610电机调速器利用电机反馈的转子位置数据，应用矢量控制(foc)技术，使电机产生连续而线性的扭矩，带来更灵敏的精确控制。robomasterm2006动力系统输出端最高转速可高达500rpm,最大持续扭矩1000mnm,最大持续输出功率44w。

(2)c610电机调速器

robomasterc610电机调速器采用dji定制32位电机控制芯片，集成了电源管理系统，主控以及驱动系统，体积小巧，稳定可靠。同时，robomasterc610电机调速器内置过压、断线、堵转等多重保护，确保电机可靠耐用。

使用了640*480px摄像头和树莓派3b+，摄像头用来采集周围环境视觉信息，并将视觉信息反馈给树莓派，以供树莓派进行数据分析。树莓派进行数据分析后，根据周围的环境给控制板相应的信号。电路模块主要包括电机与控制板的连接、树莓派和控制板的连接、摄像头和控制板之间的连接。其中，电机与控制板之间通过电调相连，采用了can总线通讯方式，提高了电机的灵敏度，树莓派和控制板之间通过串口连接，摄像头和控制板之间通过usb插口连接，电路整体便于连接。

本实用新型基于机器视觉的机械导盲犬进行步态控制时将机械导盲犬视为四足机器人对其进行步态规划，其具体方法为现有技术。

本实用新型此机械导盲犬采用足式移动作为机械导盲犬的移动方式可以使机器人在复杂的环境中进行自主性的导航。此机械导盲犬采用仿生物狗外形，属于四足式移动机器人腿部运动机构由连杆组成，通过连杆控制运动的方式能够有助于在使用使经过不平稳路段使依旧可控；通过电机控制大腿关节再通过连杆机构使得小腿关节运动的运动方法参考了仿生学，能够更适应多样的环境，在不同的地理环境下机器人依旧拥有畅行无阻的能力，也能使得摄像机拍摄的画面依旧保持稳定。在腹部具有一定的存储空间能够帮助盲胞减轻出行负担；体型接近中型犬能够使机器产生一定的动力为盲胞领路。

上述实施方式仅为例举，不表示对本实用新型范围的限定。这些实施方式还能以其它各种方式来实施，且能在不脱离本实用新型技术思想的范围内作各种省略、置换、变更。