基于GPS的园区导盲机器人(共21页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上序号： 编码：4A00704B 第九届“挑战杯”河南省大学生课外学术科技作品竞赛作 品 申 报 书 作品名称： 基于GPS的园区导盲机器人 学校全称： 河南理工大学 集 体 名 称： GPS导航队 类别：自然科学类学术论文哲学社会科学类社会调查报告和学术论文科技制作小发明创造A2申报者情况（集体项目）说明：1必须由申报者本人按要求填写；2申报者代表必须是作者中学历最高者，其余作者按学历高低排列；3本表中的学籍管理部门盖章视为申报者情况的确认。姓 名薛吉星性别男出生年月1988.11.19申报者情况学 校河南理工大学专业自动化现学历本科年级三学制4年年入学时间2008.

2、9作品全称基于GPS的园区导盲机器人毕业论文题 目通讯地址河南省焦作市高新区世纪大道2001号邮政编码办公电话常 住 地通讯地址河南省焦作市高新区世纪大道2001号邮政编码住宅电话其他作者情况姓 名性别年龄学历所在单位苗壮男21本科河南理工大学黄鑫男21本科河南理工大学王玉凯男22本科河南理工大学杨大河男20本科河南理工大学张文娟男21本科河南理工大学文九龙男20本科河南理工大学资格认定学校学籍管理部门意 见以上作者是否为2011年7月1日前正式注册在校的全日制非成人教育、非在职的的各类高等学校专科生、本科生、硕士研究生或博士研究生。是 否（部门盖章） 年 月 日院系负责人或导师意 见本作品是

3、否为课外学术科技或社会实践活动成果。是 否 负责人签名： 年 月 日B3申报作品情况（科技发明制作）说明：1必须由申报者本人填写；2本部分中的科研管理部门盖章视为对申报者所填内容的确认； 3本表必须要有1000字以内的作品说明，并附有研究报告、图表、曲线、试验数据、原理结构图、外观图或照片，也可附鉴定证书和应用证书等，打印或粘贴到申报书后。 4作品分类请按照作品发明点或创新点所在类别填报。作品全称基于GPS的园区导盲机器人作品分类（A） A机械与控制（包括机械、仪器仪表、自动化控制、工程、交通、建筑等） B信息技术 （包括计算机、电信、通讯、电子等） C数 理 （包括数学、物理、地球与空间科学

4、等）D生命科学 （包括生物、农学、药学、医学、健康、卫生、食品等）E能源化工 （包括能源、材料、石油、化学、化工、生态、环保等）作品设计、发明的目的和基本思路作品设计、发明的目的：据国家权威部门统计，中国目前约有500万盲人，占世界盲人总数的18，每年约有45万人失明，预计到2020年，中国盲人人数将达到2000万，盲人将成为一个严重的社会问题。由于受到视力限制，他们出行十分不便、危险系数很高。为了帮助他们克服出行障碍，走出家门，融入社会，获取生活的勇气和信心，体验生活的快乐与幸福；同时推进残疾人福利事业的发展，促进残疾人“平等参与共享”目标的早日实现，本团队设计了基于GPS的园区导盲机器人。

5、基本思路： 首次使用时，选择为设定模式，由视力正常者引领机器小车到盲人经常活动的区域内行走，到道路主要转折点时按一下设置转折点按键，到达各目的地时按设置目的地按键，并选择该地名称，系统将各点信息进行存储。正常使用时选择为工作模式，机器人会循环播报目的地名称，等待盲人选定。目的地选定后机器人首先根据自身和目的地位置选择一最佳路径，再利用GPS实时定位，地磁传感器定向，利用超声波传感器和倾角传感器探测路况，不断调整航向进行避障，最终牵引盲人安全快捷地前往目的地。为了方便家人了解盲人状况，机器人定时将盲人位置信息以短信的形式发给家人。同时机器人也能读出家人发来的短信，供盲人参考。创新点、技术关键和主

6、要技术指标创新点：1.GPS自主导盲：机器人利用GPS实时精确定位，地磁传感器测量方向，在途中通过超声波传感器探测障碍物进行正确避障。最终实现自主导盲。2、语音播报采用语音合成模块SYN6288，能进行语音循环播报目的名称，方便盲人选择目的地。到达目的地后提示到达。途中可读出家人发来的信息。3、GSM通信通过GSM模块，机器人能将盲人信息发到家人的手机上，也能收到家人发来的短信息。技术关键：1、最佳路径选择与自主导航2、路况检测实时避障3、语音播报4、远程监控主要技术指标：1、定位误差：2.5m2、定向误差：2度3、探测范围： 7m3、行进时度：25 Km /h（可调）4、最长工作时间：48小

7、时作品的科学性先进性（必须说明与现有技术相比、该作品是否具有突出的实质性技术特点和显著进步。请提供技术性分析说明和参考文献资料）作品的科学性与先进性:传统的盲人导航多用手杖或导盲犬。它们的弊端很多，手杖不能探测到较远的障碍物以及盲人前方的悬空物体。而导盲犬培训价格昂贵（约20万元），训练周期长，淘汰率高，且喂食等活动增加盲人负担。而本设计所提出的基于GPS的园区导盲机器人利用地磁传感器、GPS模块实现定位和导航，利用倾角传感器防止人员和小车发生危险，利用超声波传感器实现避障，语音模块进行报警和目的地提示，利用GSM发送信息,能够引领盲人在小区、公园等小范围区域内进行正常活动。参考文献 1 谢涛

8、，徐建峰，张永学等仿人机器人的研究历史现状及展望J.机器人，2002, Vol.24, pp.367-374 2 张叶蓁, 徐 华浅谈老年人助行器设计 艺术与设计(理论)，2007 年 06期 3黄晞,严闪.J;福建电脑;2005年10期4郝宗波;洪炳熔.J 电子学报;2006年05期5,.基于Mega128单片机简易智能机器人的设计作品在何时、何地、何种机构举行的评审、鉴定、评比、展示等活动中获奖及鉴定结果作品所处阶 段（ A ）A实验室阶段 B中试阶段 C生产阶段D （自填）技术转让方式作品可展示的 形 式实物、产品 模型 图纸 磁盘现场演示 图片 录像 样品使用说明及该作品的技术特点和优

9、势，提供该作品的适应范围及推广前景的技术性说明及市场分析和经济效益预测使用说明：设定模式：由视力正常者引领机器小车到盲人经常活动的区域内行走，到道路主要转折点时按一下设置转折点按键，到达各目的地时按设置目的地按键，并选择该地名称，系统将各点信息进行存储。正常模式：1、选择目的地：下启动按钮，机器人会循环播报目的地名称，等待盲人按确定键选定，选定后导盲机器人的将牵引盲人前往目的地。2、手动调速：盲人可以通过调速旋钮，调节机器人行驶速度，使其与自身配合最佳状态。3、改变目的地：如通过重新启动的方式重新选择目的地。4、关闭：当每次使用结束时，按下关闭按钮，切断电源。技术特点和优势：1、GPS自主导盲

10、利用GPS实时定位，地磁传感器定向，利用超声波传感器和倾角传感器探测路况进行避障，不断调整航向，最终牵引盲人安全快捷地前往目的地。2、人性化设计：（1）导盲机器人动力牵引为盲人省去不必要的负担。（2）语音播报方便盲人使用。（3）GSM方便家人获取盲人的位置信息。3.全方位提高安全性能：（1）多个超声波传感器合理放置，增大探测范围（2）倾角传感器获得当前车体与水平面的夹角，如其超过所设定的安全阈值，发出倾翻报警信号，提示盲人减速慢行。适应范围：本设计主要针对盲人及视弱人群。市场前景分析：据国家权威部门统计，中国目前约有500万盲人，占世界盲人总数的18，每年约有45万人失明，这意味着几乎每分钟就

11、会出现一例新的盲人。预计到2020年，中国盲人人数将达到2000万。盲人由于受到视力限制，出行十分不便，危险系数很高。而中国市场针对盲人导盲产品的研究尚处于培育期，生产厂家少，产品种类缺乏，现有产品的安全性与使用效果都很难达到盲人要求。本设计将弥补国内现有导盲产品的空缺，为盲人出行带来一些方便，且产品价格低，拥有广阔的市场前景。经济效益预测：单以美国为例，美国约有1万只导盲犬，以每只培训费20万人民币，加上高达80%的淘汰率计算，则花费约10亿。而本设计在实现导盲功能的前提下，保持了适中的价格，以及完善的人性化设计，真正为盲人及视弱群体提供了方便。产品一旦投入市场将会取得良好的经济效益和社会效

12、益。专利申报情况提出专利申报 申报号 0.8 申报日期 2011 年 4 月 22日已获专利权批准 批准号 批准日期 年 月 日 未提出专利申请科研管理部门盖章年 月 日C.当前国内外同类课题研究水平概述 说明：1.申报者可根据作品类别和情况填写； 2.填写此栏有助于评审。国内外导盲产品现状国外导盲产品现状：欧美与日本等国家关于导盲产品的研究起步较早，针对盲人及视弱群体运动障碍程度不同及其生活环境差异，运用现代高新技术研发了各类型产品。此类产品虽具有技术先进、市场潜力大、经挤效益高等特点，但高昂的价格使其应用范围受到很大的限制。国内导盲产品现状：中国市场与欧美市场有很大的差别。国内盲人主要使用

13、手杖等传统的导盲工具。手杖的弊端很多，如不能发现较远的障碍物以及前方的悬空物体。中国市场针对盲人的导盲产品研究尚处于初级开发阶段。现阶段真正为盲人量身定做的产品种类少，生产厂家少；现有产品的安全性与使用效果也很难达到盲人要求。D.推荐者情况及对作品的说明说明： 1由推荐者本人填写；2推荐者必须具有高级专业技术职称，并是与申报作品相同或相关领域的专家学者或专业技术人员（教研组集体）推荐亦可；3推荐者填写此部分，即视为同意推荐；4推荐者所在单位盖章仅被视为对推荐者身份的确认。推荐者情况姓 名性别年龄职称工作单位通讯地址邮编单位电话住宅电话手机推荐者所在单位盖章（盖章） 年 月 日请对申报者申报情况

14、的真实性作出阐述请对作品的意义、技术水平、适用范围及推广前景作出您的评价其它说明推荐者情况姓 名性别年龄职称工作单位通讯地址邮编单位电话住宅电话手机推荐者所在单位盖章 （盖章） 年 月 日请对申报者申报情况的真实性作出阐述请对作品的意义、技术水平、适用范围及推广前景作出您的评价其它说明学校组织协调机构确认并盖章（团委代章） 年 月 日学校确认盖章（学校行政公章） 年 月 日省指导委员会资格和形式审查意见 合格 不合格审查人（签名） 负责人（签名） 年 月 日E省评审委员会评审意见预审意见评委（签名）： 负责人（签名）：年 月 日终审意见评委（签名）： 负责人（签名）：年 月 日G科技发明制作类

15、作品说明（附件）打印或粘贴处基于GPS的园区导盲机器人1、作品概述中国视弱人数众多，由于受到视力限制，出行十分不便。为了帮助他们更加积极的融入社会生活，本团队设计了基于GPS的园区导盲机器人。该导盲机器人能够带领盲人在小区、公园等区域进行散步、购物等活动，扩大了盲人的自主行动范围。2、基本功能（1）GPS导航（2）自主避障（3）GSM通信3.设计方案本设计主要由以下模块构成：控制模块、传感器模块、GPS模块、GSM模块系统结构图如下：系统工作原理:处理器模块将GPS模块、传感器模块采集来的各种信息综合处理，控制装置向目的地运动，实现自主避障导航。通过语音模块进行语音提示，同时通过GSM模块向家

16、人传递使用者信息。3.1硬件设计3.1.1处理器模块小车的控制器采用Atmega128，具有两路8 位PWM 、内部集成 8路10 位ADC，拥有两个可编程的串行USART，。 Atmega128处理器3.1.2传感器模块3.1.2.1地磁传感器本设计采用MEMS美新磁场传感器MMC212，它的灵敏度达到512counts/ gauss，并且具有智能方向角校准算法，可以动态地补偿磁干扰引起的误差，能够精确测量所在处磁场信息，通过分析得到车行方向与北极夹角，与 Gps路径算法配合综合导航。地磁传感器接线图3.1.2.2超声波传感器本设计采用超声波传感器实现避障，本模块性能稳定，测量距离精确，它盲

17、区（2cm）超近, 测度距离精确。通过合理按置传感器可检测到前方7米内的高低障碍物。3.1.3 GPS模块GPS模块TTL-LEA是一款简单易用的嵌入式GPS模块，其具备-144dBm的信号灵敏度，极低的功耗（120mW），使用u-blox第5代GPS引擎，定位精度达2.5m；该模块不需要额外的器件即可在接驳GPS天线后输出经纬度、时间等等，最大刷新率4Hz。 3.1.4 语音模块SYN6288中文语音合成芯片的特点：清晰、自然、准确的中文语音合成效果；可合成任意的中文文本，支持英文字母的合成；具备很强的多音字处理和中文姓氏处理能力；芯片各项指标均满足室外严酷环境下的应用。以上特点说明SYN6

18、288可以用于导盲机器人。SYN6288硬件电路图 3.2软件设计主程序流程图4、初步测试结果与改进方案本团队的挑战杯作品基于GPS的园区导盲机器人已经于2010年12月完成，在设计中采用GPS记录行迹、超声波模块和地磁传感器避障，各个模块均能实验预期目标。实验过程在河南理工大学校园内完成，路径为：学士餐厅校医院中国农业银行超市。首先引领机器人记录各点坐标信息，然后再将机器人放回学士餐厅西门，启动后机器人采用绳拉牵引的方式引导行进，在中途成功避开障碍物，最终到达超市。经统计，全程约520m,小车速度约1.5m/s,在途中机器人成功躲避12处障碍物。由以上实验结果可以看出，机器人实际轨迹与预定轨

19、迹有轻微的误差，但已经完成了自主导航功能。 机器人行进轨迹与预定轨迹对照图：学士餐厅校医院农行超市注：实线为预定轨迹虚线为实际轨迹 初期机器人外形由于小车质量轻，动力小，在使用绳拉牵引的过程中出现牵引力不足的问题，小车有倾倒的倾向，本团队在初期机器人的基础上，改造机械结构以更适合盲人使用。采用40cm*40cm高强度铝型材作为底盘，增加机器人载重量和稳定性。同时增大电机驱动能力，实现动力牵引。并在机器人底盘上安置连杆和扶手，方便盲人掌握方向，实现动力牵引盲人的目的。更换GPS模块，使定位误差由8m缩小到2.5m,提高了定位精度。改变超声波传感器的按放位置，使其探测范围增大30%，更有利于提高安全性。同时加入语音合成芯片和GSM模块，使导盲机器人能够以语音的形式提示盲人目的地到达，以短信息的形式将盲人位置信息传到其家人手机上。是机器人更加人性化和智能化。 二期机器人3D模型正面 二期机器人3D模型侧面 二期机器人框架理想外观图专心-专注-专业