具有振动导航功能的智能避障鞋的制作方法

1.本实用新型属于智能鞋技术领域，具体涉及具有振动导航功能的智能避障鞋。


背景技术：

2.目前我国是世界上视觉损伤患者数量最多的国家，约有1800万视力残疾人，出行避障和识路是视障人群生活中的两大痛点问题。国内虽然已经有较多的针对视障人群的产品，例如导盲杖、导盲犬、避障眼镜、基于声音提醒的避障鞋等。但此类产品功能单一，适用性差，无法完全满足视障人群的出行需求和心理排异特点。如专利zl201120279647.4公开的“一种智能鞋”，专利中提到的智能鞋使用超声波测距传感器检测障碍距离，在使用时会存在一个问题：当使用者抬腿迈步时，传感器朝地面，容易误将地面当成是障碍物而出现误报警的状况，仍未解决视障人群对于出行识路的需求。且现有的导盲工具大多是基于声音提示达到障碍提醒与路径诱导功能目的，当在极为嘈杂的公共场合使用该类工具时(例如吵闹商业中心街道等)，语音和周围其他声音混杂在一起，导致视障人群难以辨认区分，语音提示的避障和引路功效可能会大大降低甚至失去作用，无法完全满足视障人群的出行需求。


技术实现要素：

3.本实用新型意在提供具有振动导航功能的智能避障鞋，以解决现有技术避障鞋容易误将地面识别成障碍物的情况和无法完全满足视障人群出行需求的问题。
4.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案，具有振动导航功能的智能避障鞋，包括鞋本体、避障组件和超声波测距传感器，所述鞋本体包括鞋面和鞋底，所述超声波测距传感器设在鞋面前端，所述避障组件设在鞋底内部；所述避障组件包括振动马达、加速度传感器、控制器、压力传感器和主电池，所述主电池包括管理电池和常用电池；所述管理电池为压力发电片，所述压力发电片用于根据人走路时对鞋底的压力变化向电路供电；所述电池分别与振动马达、加速度传感器、控制器和超声波测距传感器电连接，所述控制器分别与振动马达、加速度传感器和超声波测距传感器电连接；
5.所述压力传感器用于检测鞋底压力；
6.所述振动马达用于向鞋底提供振动效果；
7.所述加速度传感器用于检测鞋本体的加速度；
8.所述超声波测距传感器用于检测障碍物至鞋面前端的距离；
9.所述控制器用于根据压力传感器的检测数据控制加速度传感器的开关；所述控制器还用于根据加速度传感器的检测值控制超声波测距传感器的开关；所述控制器还用于根据超声波测距传感器的检测距离控制振动马达的开关。
10.本技术方案技术原理：通过压力传感器检测所述智能避障鞋是否处于使用中，控制器根据检测数据控制加速度传感器开关；走路动作能够分为抬脚和迈步，抬脚和迈步时的加速度不同，所述加速度传感器能够检测鞋本体的加速度值，控制器能够根据加速度值
判断穿戴者走路动作，并根据走路动作控制超声波测距传感器的开关，避免穿戴者在抬脚时，脚尖朝下，超声波测距传感器误将地面识别为障碍物；振动马达根据控制器的控制信号产生振动，向穿戴者传递障碍物报警提示；装压力发电片，获取穿戴者在行走时的压力变化进行发电，若出行过程中锂电池电量耗尽，压力发电片能够继续进行供电。
11.本方案的有益效果：设置压力传感器检测所述智能避障鞋的使用状态，使智能避障鞋在闲置时的用电量达到最小；设置加速度传感器，能够识别穿戴者的走路动作，避免超声波测距传感器误将地面识别为障碍物而产生误报警的情况，将避障组件设于鞋子内，方便视障人群穿戴，并且鞋子踩在脚底，导盲特征不明显，充分考虑视障人群的心理需求，易于普及；并且将避障组件设于鞋底内，使加速度传感器检测出的加速度值变化利于控制器判断走路状态，跟将避障组件设置在鞋面上相比，穿戴者更能明显地感受到振动马达的振动，即便在嘈杂的公众场合也能接受到振动反馈，满足视障人群的出行要求。通过压力发电片能够持续为所述智能避障鞋供电，保证视障人群顺利安全出行，也贴合当下的环保理念。
12.进一步，所述常用电池为锂电池。
13.有益效果：锂电池密度高重量轻，能够尽可能地减小电池体积，减少所述智能避障鞋的重量；并且锂电池的寿命长，绿色环保，不会产生有毒有害的重金属元素，长时间携带对人体没有危害。
14.进一步，所述鞋底上设有电池槽，所述电池槽用于安装锂电池，所述锂电池能够在电池槽内反复拆卸和安装。
15.有益效果：将锂电池设为可拆卸电池，方便用户对常用电池进行充电，并且用户还可以随身携带更换锂电池，以备不时之需。
16.进一步，所述管理电池还包括太阳能电池，所述太阳能电池用于获取太阳能存储电量。
17.有益效果：穿戴者在出行时太阳能电池能够获取太阳能存储电量，若出行过程中锂电池电量耗尽，太阳能电池能够继续进行供电，保证视障人群的出行需求，也符合当下的环保理念。
18.进一步，所述加速度传感器位于鞋底的鞋掌部，所述振动马达位于鞋底的后根部。
19.有益效果：将加速度传感器与振动马达尽可能地分开，即便于穿戴者感受到振动，又避免振动对加速度传感器的检测值产生干扰，保证加速度检测值的准确性。
20.进一步，所述控制器还用于控制振动马达的振动频率。
21.有益效果：通过控制振动马达的振动频率向穿戴者传递不同的障碍情况，使穿戴者能够安全顺利地通过障碍。
22.进一步，所述避障组件还包括gps模块和蓝牙模块，所述蓝牙模块和gps模块分别与控制器电连接，蓝牙模块用于获取用户的出行路径并发送至控制器，所述gps模块用于实时获取鞋本体的位置信息并发送至控制器，所述控制器还用于通过出行路径和鞋本体的位置信息控制振动马达的开关。
23.有益效果：添加gps模块既能为穿戴者进行导航，满足穿戴者的出行需求；还可以对穿戴者进行实时定位，便于视障人群的家人对视障人群的出行进行监控，保证视障人群的出行安全。
24.进一步，还包括喇叭，所述喇叭位于鞋面上，所述喇叭分别与主电池和控制器电连
接，所述喇叭用于发出提示音，所述控制器还用于根据出行路径和鞋本体的位置信息控制喇叭的开关。
25.有益效果：相比振动马达，喇叭的信息传达功能更直接，便于gps模块对穿戴者的出行导航。
附图说明
26.图1为本实用新型实施例的结构示意图。
27.图2为本实用新型实施例的控制示意图。
具体实施方式
28.下面通过具体实施方式进一步详细说明：
29.说明书附图中的标记包括：振动马达1、压力发电片2、控制器3、鞋底4、超声波测距传感器5、加速度传感器6、鞋面7、锂电池8。
30.实施例基本如附图1所示：具有振动导航功能的智能避障鞋，包括鞋本体、避障组件、喇叭和超声波测距传感器5，所述鞋本体包括鞋面7和鞋底4，所述超声波测距传感器5设在鞋面7前端，所述避障组件设在鞋底4内部；所述避障组件包括振动马达1、加速度传感器6、控制器3、gps模块、蓝牙模块和主电池，所述主电池分别与振动马达1、加速度传感器6、控制器3和超声波测距传感器5电连接，所述控制器3分别与振动马达1、加速度传感器6和超声波测距传感器5电连接。
31.所述振动马达1用于向鞋底4提供振动效果；所述振动马达1位于鞋底4的后根部；本实施例中振动马达1优选0830微型振动马达。
32.所述加速度传感器6用于检测鞋本体的加速度；所述加速度传感器6位于鞋底4的鞋掌部；本实施例中，加速度传感器6优选adxl335三轴加速度传感器芯片配合相应的滤波电路使用。加速度传感器6采集足部摆动加速度在x轴、y轴、z轴方向的分量ax、ay、az，表征足部前后、左右和上下摆动的状态，通过预先设定的一系列阈值对加速度和倾角进行判决，设计出一种检测算法对人体脚部三轴加速度值进行处理分析。
33.所述超声波测距传感器5用于检测障碍物至鞋面7前端的距离；本实施例优选型号hy-srf05的超声波测距传感器。
34.所述控制器3用于根据加速度传感器6的检测值控制超声波测距传感器5的开关，控制通过加速度传感器6的检测值还能够判断穿戴者是站立不动还是在行走中，并根据行走状态控制超声波测距传感器5的开关，降低电路功耗；所述控制器3还用于根据超声波测距传感器5的检测距离控制振动马达1的开关。所述控制器3还用于控制振动马达1的振动频率。比如，根据障碍物的距离调节振动马达1的振动频率，障碍物越近，振动频率越快。本实施例中，控制器3型号优选msp430f1132单片机。
35.所述控制器3还用于设定触发振动马达1振动的检测距离，优点在于能够根据穿戴者的年龄设置触发振动马达1振动的检测距离，不同年龄的人反应速度有差异，通过调节该距离使所述的智能避障鞋更人性化，满足每个视障人士的需求。
36.所述主电池包括管理电池和常用电池；所述管理电池包括压力发电片2和太阳能电池，所述常用电池为锂电池8，所述压力发电片2用于根据人走路时对鞋底4的压力变化向
电路供电；所述太阳能电池用于获取太阳能存储电量；本实施例中选用压力发电片2，所述压力发电片2为压电陶瓷。
37.所述鞋底4上设有电池槽，所述电池槽用于安装锂电池8，所述锂电池8能够在电池槽内反复拆卸和安装，当锂电池8低电压时，控制器3控制振动马达1振动提示穿戴者。
38.所述蓝牙模块和gps模块分别与控制器3电连接，蓝牙模块用于获取用户的出行路径并发送至控制器3，所述gps模块用于实时获取鞋本体的位置信息并发送至控制器3，所述控制器3还用于通过出行路径和鞋本体的位置信息控制振动马达1的开关，所述控制器3还用于判断用户所在地位置是否偏离路径或到达下一路口节点，通过差异性振动进行提醒；本实施例中gps模块优选型号skg09a，所述蓝牙模块优选型号ms50sfa1c。
39.所述喇叭位于鞋面7上，所述喇叭分别与主电池和控制器3电连接，所述喇叭用于发出提示音，所述控制器3还用于根据出行路径和鞋本体的位置信息控制喇叭的开关。
40.具体实施过程如下：
41.一位视障人士使用所述具有振动导航功能的智能避障鞋出行，控制过程如附图2所示：通过手机蓝牙发送出行路径至蓝牙模块，gps模块通过获取智能避障鞋的实时位置为该视障人士进行导航，在行走过程中若视障人士偏离路径或到达下一路口节点，通过差异性振动和语音进行提醒。
42.行走过程中，加速度传感器6识别到该视障人士走路动作为迈步，控制器3发出信号触发超声波测距模块检测障碍，检测到前方1.5米处(检测距离可调)有障碍物，控制器3控制振动马达1振动报警。
43.快到目的地时，由于锂电池8低电压，控制器3控制振动马达1产生差异性振动，提示该视障人士；当锂电池8电量耗尽时，压力发电片2将行走时存储的电量向电路提供电源。
44.对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型技术方案构思的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本专利实施的效果和专利的实用性。