CN116507305A - 手持式机电助行器 - Google Patents

Abstract

一种手持式机电助行器，可操作地被配置成检测周围环境中的对象或障碍物并且引导使用者远离所检测到的障碍物，并且手持式机电助行器包括手柄构件、电子马达组件、悬臂式引导臂构件、距离传感器和相机中的至少一个以及电子控制器，手柄构件用于抓握，悬臂式引导臂构件可操作地连接到至少一个电子马达并且具有臂配重以及至少大约0.2lbs的集中配重，距离传感器和相机可操作地被配置成检测从臂构件的第二自由端空间地移位的对象，电子控制器可操作地被配置成接收对从第二自由端空间地移位的对象的检测并且引起臂构件在远离所检测到的对象的方向上选择性地旋转以生成偏离角度θ，从而通过由臂配重产生的扭矩对握持手柄构件的使用者产生动力。

Description

手持式机电助行器

技术领域

本发明总体上涉及助行器，并且更具体地涉及可操作地配置成辅助使用者在周围环境中以步行或其他方式四处移动(这对于视力受损或残疾使用者特别有益)的机电助行器。

背景技术

导航周围环境(即，人的直接周围环境)在人不熟悉周围环境的情况下和/或由于健康、医疗、环境或其他原因而不能有效、准确或及时地感知可能阻挡或阻碍人的路径的显著对象或障碍物的情况下显著更艰巨且耗时。特别是对于视力障碍或残疾使用者，在没有助行器的帮助下，迅速地感知和检测此类障碍物并且然后相应地调整人的路径可能不那么简单。然而，现有的助行器通常需要使用者连续地从一侧到另一侧摇摆该助行器或拐杖以检测使用者前方大约3英尺到5英尺的对象。这些助行器的特征在于显著的局限性以及使用困难和不便，显著的局限性包括有限的检测装置，即，这些辅助器通常仅检测直接位于使用者前方的对象并且未必检测使用者侧面、上方或后方的对象，使用困难和不便，即，使用者必须连续左右摇摆拐杖以避免障碍物，导致加速手臂疲劳。对象的检测仅在拐杖与外物直接物理接触时发生，特别是在对象是另一人、宠物或动物的情况下，这可能导致对所检测的对象的痛苦或攻击性触摸(诸如当使用者以更高速度摇摆拐杖时)。

因此，需要克服如上所述的现有技术的问题。

发明内容

本发明提供了一种手持式机电助行器，该手持式机电助行器主要被设计用于视力受损者并且克服了迄今已知的这种一般类型的装置和方法的前述缺点，并且有效且高效地警示使用者在使用者周围环境中的对象和障碍物，并且有利地引导使用者沿着远离所检测到的对象或障碍物的路径。

鉴于前述和其他目的，根据本发明提供了一种手持式机电助行器，该手持机电助行器包括：手柄构件，该手柄构件用于由使用者抓握并且具有第一端、第二端、将该手柄构件的第一端和第二端间隔开的手柄构件长度、前手柄表面以及与前手柄表面相对的后手柄表面；电子马达组件，电子马达组件具有电耦接到电池电源的至少一个电子马达；悬臂式引导臂构件，悬臂式引导臂构件可操作地连接到至少一个电子马达，悬臂式引导臂构件具有可旋转地耦接到手柄构件的第一端、与该悬臂式引导臂构件的第一端相对的第二自由端、将悬臂式引导臂构件的第一端与第二自由端间隔开的臂长度、臂配重，该臂配重被布置成邻近第二自由端并且具有至少约0.2lbs的集中配重并且可操作地被配置成沿着臂平移路径平移并且具有沿着臂平移路径的操作位置，在该操作位置中，悬臂式引导臂构件的纵向轴线相对于前手柄表面以大体上垂直的角度布置并且与前手柄表面对准；距离传感器和相机中的至少一个，距离传感器和相机中的至少一个各自具有操作表面，操作表面可操作地被配置成当处于所述操作位置时以对准配置面向所述悬臂式引导臂构件的纵向轴线并且可操作地配置成检测从所述第二自由端空间地移位的对象；以及电子控制器，电子控制器电耦接至电池电源并且通信耦接至至少一个电子马达以及距离传感器和相机中的至少一个，电子控制器可操作地被配置成接收从第二自由端空间移位的对象的检测并且引起悬臂式引导臂构件在远离所检测到的对象的方向上选择性地旋转以沿着臂平移路径相对于操作位置产生偏离角度θ，由此通过由手臂配重产生的扭矩引起使用者握持手柄构件的动力并且引导使用者往哪里行走。

根据另一特征，操作位置包括相对于前手柄表面以垂直的角度布置的悬臂式引导臂构件。

根据本发明的另一个特征，本发明的一个实施例包括沿着臂长度布置的臂头部壳体，并且具有臂配重和容纳在其中的距离传感器和相机中的至少一者。

根据又另一个特征，头部壳体限定悬臂式引导臂构件的第二自由端。

根据另外的特征，臂头部壳体进一步包括激光引导距离传感器和超声距离传感器，该激光引导距离传感器和超声距离传感器通信地耦接到电子控制器并且可操作地被配置成检测从第二自由端空间地移位的对象。

根据优选实施例的另一特征，本发明还包括陀螺仪，该陀螺仪被容纳在手柄构件内、通信地耦接到电子控制器并且可操作地被配置成检测前手柄表面的基本方向取向，电子控制器可操作地被配置成在检测偏离角度θ之后引起悬臂式引导臂构件选择性地旋转至与前手柄表面的基本方向取向对准的操作位置。

根据又另一特征，手持式机电助行器还包括存储器存储单元，存储器存储单元容纳在手持式机电助行器上并且存储多个数字地理位置，每个数字地理位置具有多个GPS边界坐标；以及至少一个按钮，至少一个按钮可操作地被配置成电子地访问用于多个数字地理位置的多个GPS边界坐标。

根据进一步的特征，电子控制器可操作地被配置成引起悬臂式引导臂构件选择性地旋转至与多个数字地理位置之一和前手柄表面的基本方向取向相对应的期望的偏离角度θ。

根据另一特征，悬臂式引导臂构件被可操作地配置成用于当悬臂式引导臂构件在预选数字地理位置的50米之内时以向上的取向旋转。

根据又另一特征，多个数字地理位置通过网络通信地耦接至电子控制器。

根据本发明的进一步特征，距离传感器和相机中的至少一个各自可操作地被配置成检测从第二自由端空间地移位六英尺或更少的对象。

根据又另一特征，悬臂式引导臂构件必须被定向在操作位置中以沿着臂平移路径选择性地旋转或平移。

根据另一特征，电子马达组件进一步包括：摇摆马达，摇摆马达可操作地被配置成从固定位置水平地摇摆相机；以及俯仰马达，该俯仰马达可操作地被配置成从固定位置竖直地俯仰相机。

根据进一步的特征，悬臂式引导臂构件还包括可伸缩地耦接至彼此并且可操作地被配置成选择性地调整臂长度的多个臂构件。

尽管本发明在本文被说明和描述为体现在手持式机电助行器中，但它并不旨在局限于所示出的细节，因为在不脱离本发明的精神的情况下并且在权利要求书的等效物的保护范围和范围内，可以在其中进行各种修改和结构改变。此外，将不详细描述或将省略本发明的示例性实施例的公知元件，以便不模糊本发明的相关细节。

在所附权利要求中阐述了被认为是本发明特征的其他特征。如所需要的，本文公开了本发明的详细实施例；然而，应当理解的是，所公开的实施例仅是本发明的示例性的，它们可以以不同的形式来实施。因此，本文公开的特定结构和功能细节不应被解释为限制，而是仅作为权利要求的基础和作为教导本领域普通技术人员以实际上任何适当详细的结构来不同地采用本发明的代表性基础。此外，本文使用的术语和短语不旨在是限制性的，而是旨在提供对本发明的可理解的描述。虽然本说明书以界定本发明的被视为新颖的特征的权利要求结束，但相信通过结合附图考虑以下描述将更好地理解本发明，在附图中相同的附图标记接后。附图中的图不是按比例绘制的。

在公开和描述本发明之前，应当理解的是，本文中使用的术语仅用于描述具体实施例的目的，而并非旨在进行限制。如本文所使用的术语“一种(a)”或“一种(an)”被定义为一个或多于一个。如本文所使用的术语“多个”被定义为两个或多于两个。如本文所使用的术语“另一个”被定义为至少第二个或更多个。如在此所使用的术语“包括”和/或“具有”被定义为包括(即，开放式语言)。如本文使用额术语“耦接”被定义为连接，但不一定是直接连接，并且不一定是机械连接。术语“提供”在本文中以其最广泛的意义来定义，例如，一次或在一段时间内以整体或多个部分带来/进入物理存在、使得可用、和/或提供给某人或某物。同样，出于本文的描述的目的，术语“上”、“下”、“左”、“后”、“右”、“前”、“竖直”、“水平”及其派生词涉及如图中所定向的本发明，并且不应被解释为将任何特征限制为具体定向，因为所述定向可以基于使用者的装置视角而改变。此外，不旨在受前述技术领域、背景技术、发明内容或以下具体实施方式中呈现的任何明示或暗示的理论的限制。

如本文使用的，术语“约(about)”或“大约(approximately)”适用于所有数值，无论是否明确指示。这些术语通常指本领域技术人员将认为等同于所列举的值(即，具有相同的功能或结果)的数字范围。在许多情况下，这些术语可包括四舍五入至最接近的有效数字的数字。在本文件中，术语“纵向”应被理解为意指在对应于手持式机电助行器的长形方向的方向上。如本文所使用的术语“程序”、“软件应用程序”等被定义为设计用于在计算机系统上执行的指令序列。“程序”、“计算机程序”或“软件应用程序”可以包括子程序、函数、过程、对象方法、对象实现方式、可执行应用程序、小应用程序、小服务程序、源代码、目标代码、共享库/动态加载库和/或被设计用于在计算机系统上执行的其他指令序列。

附图说明

这些附图用于进一步图示不同实施例并且解释所有根据本发明的不同原理和优点，其中贯穿这些分开的视图，相同的附图标记指代相同或功能相似的元件，并且这些附图与以下详细说明一起结合在本说明书中并且形成说明书的一部分。

图1是根据本发明的示例性实施例的手持式机电拐杖的立体俯视图；

图2是根据本发明的图1的示例性手持式机电拐杖的截面侧视图；

图3是根据本发明的图1的示例性手持式机电拐杖的另一个截面侧视图；

图4是根据本发明的示例性实施例的图1的手持式机电拐杖的立面侧视图；

图5-图7描绘了根据本发明的示例性实施例的图1的手持式机电拐杖的立面以及截面侧视图；

图8-图9是根据本发明的示例性手持式机电拐杖的立面俯视图；

图10是根据本发明的示例性手持式机电拐杖的立体侧视图；

图11是根据本发明的示例性手持式机电拐杖的无线通信的框图；

图12是根据本发明实现手持式机电拐杖的无线通信的示例性网络；

图13是根据本发明描绘了手持式机电拐杖的无线通信的过程流程图；

图14是根据本发明的替代实施例的手持式机电拐杖的立面正视图；

图15是根据本发明的替代实施例的手持式机电拐杖的立面后视图；

图16-图17描绘了根据本发明的替代实施例的手持式机电拐杖的立面侧视图；

图18是根据本发明的替代实施例的手持式机电拐杖的立面俯视图；

图19是根据本发明的替代实施例的手持式机电拐杖的立面仰视图；以及

图20至图21描绘了根据本发明的替代实施例的手持式机电拐杖的立体侧视图。

具体实施例

本文描述的本发明提供了一种手持式机电拐杖，该手持式机电拐杖克服了这种一般类型的那些已知装置和方法的已知缺点，并且有效、高效和安全地促进提供握持拐杖的使用者可感知的视觉、音频和(重要的是)物理线索或感觉。虽然本发明在本文被图示和描述为在手持式机电拐杖中体现，但是它不旨在局限于所示出的细节，因为在不脱离本发明的精神的情况下可以在其中进行各种修改和结构改变。

本发明提供了一种新颖且有效的装置和方法，该装置和方法可操作地被配置成检测使用者的周围环境中的对象和障碍物，当使用者行走时，这些对象和障碍物可能阻碍使用者的路径，例如直接在使用者的前方、侧方、上方或可能甚至在使用者的后方)，并且通过产生在使用者手腕或前臂上表现出容易感知或可检测的触感的扭矩来警示使用者所检测的对象的存在和位置。本发明的实施例提供了一种悬臂式引导臂构件，该悬臂式引导臂构件具有邻近其第二自由端布置的臂配重，其中，悬臂式引导臂构件的长度和臂配重的重量有助于产生更大的扭矩并且有利地引导使用者远离所检测到的对象或障碍物。具体地，悬臂式引导臂构件被可操作地配置成选择性地旋转离开所检测到的对象或障碍物、有效地引导使用者离开所述对象并且使使用者能够在使用者的路径上平稳地继续。在替代实施例中，该装置还可以操作来向使用者发出音频或视觉提示，例如使用者应该在哪里行走以避开所检测到的对象。

现在参见图1，以立体图示出了本发明的一个实施例。图1(连同本文中的其他附图)示出了本发明的几个有利特征，但是，如下面将描述的，本发明能够以若干形状、尺寸、特征和部件的组合以及部件的不同数量和功能提供。如在图1和图2中最佳示出的，手持式机电拐杖100(为便于参考在下文中被称为“装置100”)的第一示例包括手柄构件102，该手柄构件102用于由使用者抓握并且具有第一端104、第二端106、将手柄构件102的第一端104和第二端106间隔开的手柄构件长度、前手柄表面120以及与前手柄表面120相对的后手柄表面208。手柄构件102可以具有基本上刚性的、但是轻质的材料(例如，PVC或聚丙烯)，用于在重复、连续和/或频繁使用期间增加使用者舒适度。手柄构件102还可以具有布置在其上的填充的或可变形的弹性材料，用于增加的使用者舒适性，并且可以有利地包括布置在第一端104处或邻近第一端104的环或条带(其中，“邻近”被限定为处于或接近，即，不超过手柄构件长度的40％的距离)，由此环或条带可以包括用于对位于装置100上的电池电源200(例如，锂离子电池)进行充电的充电端口。有利的是，前手柄表面120可以包括多个脊、凹陷或其他限定的用于接纳使用者的手指的波状表面。换言之，使用者的手掌将被放置在后手柄表面208上并且使用者的手指将围绕前手柄表面120缠绕。该多个脊、凹陷或其他限定的波状表面有利地改善了使用者围绕手柄构件102的持续抓握。手柄构件102可以由两个或更多个壳构件构成，两个或更多个壳构件选择性地可耦接在一起以限定手柄腔，手柄腔被定形状和定尺寸成接纳和容纳本文所讨论和描绘的电子和机械部件。

如在图2中最佳看到的，该装置还包括电子马达组件202，该电子马达组件202具有电耦接到电池电源200的至少一个电子马达204。在一个实施例中，马达组件202包括可操作地耦接到齿轮组件的两个马达，该齿轮组件被配置成提供悬臂式引导臂构件108相对于握持装置100(即，手柄构件102)的使用者在x轴线或相对于地面表面竖直取向的y轴线两者上选择性的基于马达的(例如，伺服控制的)旋转。在其他实施例中，马达可以用于控制在z轴线上的旋转或移动和/或具有全向旋转或移动。换言之，马达被可操作地配置成引起悬臂式引导臂构件108相对于握持装置100的使用者上下转动或相对于握持装置100的使用者左右转动。然而，手柄构件102将保持相对静止，从而导致使用者物理地感受到的动力或力，充当使用者行走的方向的提示(从而避免由装置检测到的对象——如本文进一步讨论的)。在本发明的其他实施例中，单个马达被配置成提供悬臂式引导臂构件108的选择性旋转，多个马达可以独立地用于在任何期望的轴上的单独旋转，和/或悬臂式引导臂构件108可操作地被配置成相对于握持装置100的使用者在其他轴线(例如，对角z轴线)上移动。为了简化构造，悬臂式引导臂构件108可以仅在两个轴线上旋转(如在图1中最佳描绘的)并且可以在x轴线或水平上旋转大约180°-360°并且可以在y轴线或竖直上旋转大约90°-270°。装置100可以有利地具有充电站或壁挂装置，充电站或壁挂装置被配置成插接电插座或以其他方式与电插座电耦接。充电站可以包括被适配成与位于装置的环或条带上的充电端口相匹配的电子端口。

悬臂式引导臂构件108可操作地耦接到一个或更多个电子马达(例如，马达204)，其中第一端109可旋转地耦接到手柄构件102(例如，使用球形接头或支架)，第二自由端110与悬臂式引导臂构件108的第一端109相对，并且臂长度将悬臂式引导臂构件108的第一端和第二自由端110间隔开。悬臂式引导臂构件108(像手柄构件102)还可以具有基本上刚性的、但重量轻的材料，以用于容易且舒适地延长或重复使用。悬臂式引导臂构件108进一步包括邻近第二自由端110(即在第二自由端110处或第二自由端110附近)(在悬臂式引导臂构件108的总长度的30％内)布置并且具有至少约0.2lbs的集中配重的臂配重124，其中“集中配重”被定义为小于悬臂式引导臂构件108的纵向长度的50％的重量分布。换言之，集中配重和臂配重124可以是独立的并且能够相对于悬臂式引导臂构件108选择性地移除。为了增加或改进使用者对悬臂式引导臂构件108的移动的触觉感知和检测，臂配重124应优选地布置在邻近第二自由端110，而不是在臂长度上展开。集中配重的示例可以包括邻近第二自由端110布置的加重对象或结构，其中与其相邻或沿着悬臂式引导臂构件108的长度的结构的周围重量不超过所述加重对象或结构。

悬臂式引导臂构件108可操作地被配置成沿着臂平移路径(例如，用箭头122表示的路径中的一者或两者)平移并且具有如下的沿着该臂平移路径的操作位置(也称为“原始”位置)，该操作位置中，悬臂式引导臂构件108的纵向轴线118相对于前手柄表面120以大体上垂直的角度布置并且与前手柄表面120对准。

装置100进一步包括距离传感器216和相机112中的至少一个(即，距离传感器216、相机112或两者)，它们各自具有操作表面，操作表面被操作性地配置成当处于操作位置中时以对准配置面向与悬臂式引导臂构件108的纵向轴线118(即，部分地或完全地对准)，并且操作表面被操作性地配置成检测从第二自由端110空间地移位的对象。在各个实施例中，操作表面可以是相机镜头或屏幕。一个或更多个相机112可以被布置成邻近第二自由端110(或沿着悬臂式引导臂构件108的长度的其他位置)，即在第二自由端110处或第二自由端110附近(在第二自由端110的悬臂式引导臂构件108的总长度的20％-40％内)。在替代实施例中，除了或替代布置在悬臂式引导臂构件108上的相机112之外，一个或更多个相机112可以布置在手柄构件102本身上。相机112可操作地配置成捕获距第二自由端110二英尺至六英尺内的图像(视频或静态图片)。在一个实施例中，单个相机被利用并且可以被可操作地配置成接收和检测在至少180°的视觉范围内的对象，其中，在其他实施例中，多个相机112被利用并且被布置在悬臂式引导臂构件108的第二自由端110上的位置中，使得相机112被定向成背离相机座的每个相对侧并且背离相机座的前部，由此使得能够检测相对于悬臂式引导臂构件108的第二自由端处于不同位置的对象。悬臂式引导臂构件108可操作地耦接到电子马达组件202，由此使得能够沿着竖直轴线或水平轴线旋转。虽然装置100有利地可操作以使得使用者体验由悬臂式引导臂构件108远离使用者的周围环境(例如，2ft-10ft)中检测到的对象的旋转引起的动力(即，表现出容易感知或可检测的触觉的力)，但装置100还可以是可操作的以向使用者发出关于使用者应步行去哪里以避开检测到的对象的音频(例如，使用扬声器)或视觉(例如，使用发光源)提示。照此，距离传感器216可以是可操作地配置成警示使用者的基于激光的、超声的、红外的或其他类似的距离传感器。在一个实施例中，激光引导距离传感器212和超声距离传感器214(如图11所描绘的)通信地耦接到电子控制器210，并且可操作地配置成检测从第二自由端110空间地移位的对象。结合地，激光引导距离传感器212和超声距离传感器214两者的使用可操作地配置成增加检测对象的精度和速度。相机传感器218(如图2所示)或距离传感器也可以布置在前手柄表面120上。传感器212、214可以电耦接和通信地耦接至头部PCB板222。

装置100还包括电子控制器210，电子控制器210电耦接至电池电源200并且通信地耦接(其中，“通信地耦接”在图4中所描绘的流程图中用箭头表示)至至少一个电子马达204以及距离传感器216和相机112中的至少一个，电子控制器210可操作地配置成接收从第二自由端110空间移位的对象的检测，并且引起悬臂式引导臂构件108在远离检测到的对象的方向上的选择性旋转，以沿着臂平移路径产生相对于操作位置的偏离角度θ(如图1所示)，由此通过由臂配重124产生的扭矩引起使用者握住手柄构件102的动力并且引导使用者往哪里行走。换言之，电子控制器210可操作地被配置成接收并检测悬臂式引导臂构件108的第二自由端110周围的对象的数字表示。为此，电子控制器210可以包括可操作地配置成接收并检测(即，解密)周围环境内的数字表示的驻留软件程序或指令。为此，其他已知的装置已使用类似的对象检测软件，诸如Ellis的美国专利第5,973,618号和Ratner等人的美国专利第8,467,674号，其中所述参考文献通过引用并入本文。

然而，不同于已知装置，电子控制器210可操作地被配置成引起悬臂式引导臂构件108相对于手柄构件102的选择性旋转(例如，通过将有线或无线信号发送至马达来操作)。由于臂配重124的集中配重，悬臂式引导臂构件108的第二自由端110被加重或具有相对于悬臂式引导臂构件108的剩余部分增加的重量(例如，0.25lb至1lb)，从而引起或产生悬臂式引导臂构件108的如下的动力(即，表现出容易感知或可检测的触觉的力)，从而引导使用者往哪里行走：该动力由握持手柄构件102的使用者体验到、在远离由相机112和电子控制器210的软件检测到的对象的方向上、以及在第二自由端110周围(即直接围绕第二自由端110)。在一个实施例中，例如，如果在使用者前方3英尺内检测到宽度大约为2英尺的对象，并且在对象的左侧或右侧没有障碍物，则马达将引起第二自由端110旋转(以大约5rpm至40rpm)，从而引起由使用者体验的大约1.75lbfin10lbfin的扭矩。在一个实施例中，第二自由端110的重量特别地或附加地由相机112、高密度的对象和/或电池电源200的重量产生。

在一个实施例中，悬臂式引导臂构件108的第二自由端110在经过检测到的对象时自动返回到操作位置或“原始”位置。在一个实施例中，操作位置可以是悬臂式引导臂构件108相对于手柄构件102的前手柄表面120的大体上垂直的配置和取向。换言之，操作位置包括悬臂式引导臂构件108相对于前手柄表面120以垂直的角度(90°)布置。在其他实施例中，悬臂式引导臂构件108的第二自由端110需要使用者发明(例如，通过按压被编程为使悬臂式引导臂构件108返回至其操作位置的返回按钮)来将第二自由端110和/或悬臂式引导臂构件108放置在操作位置中。装置100，即悬臂式引导臂构件108的第二自由端110还可以包括传感器，传感器被可操作地配置成检测该装置的在周围环境中的移动，该运动在编程过程中使用以引起第二自由端110和/或悬臂式引导臂构件108(到其操作位置或引导位置)的移动。

如在图1中最佳描绘的，装置100可以进一步包括沿着臂长度布置的臂头部壳体114，并且距离传感器216和相机112中的至少一个以及臂配重124被容纳在臂头部壳体124中。有利的是，臂头部壳体114在结构上保护容纳在其中的距离传感器216和相机112中的至少一个以及臂配重124免受例如由雨、风、雪等引起的损坏，尤其是当装置100被设计和配置成在户外(以及室内)使用时。在优选实施例中，臂头部壳体114限定或被布置在悬臂式引导臂构件108的第二自由端110上以有利地检测在使用者位置之前更大距离的移动并且给使用者提供更大量的时间来偏移他们的轨迹并且避免与所检测的对象直接物理接触。在替代实施例中，臂配重124可以选择性地并且可移除地布置在臂头部壳体114的外表面上，而不是在臂头部壳体114内，从而允许使用者根据需要添加(或移除)臂配重124以改善当检测到对象时容易检测到或感知的触觉或动力。图2-图10进一步描绘了装置100的优选实施例的立体图。

装置100还可以包括陀螺仪1102，该陀螺仪1102被容纳在手柄构件102内、通信地耦接到电子控制器210并且可操作地被配置成检测前手柄表面120的基本方向取向(即，北、南、东、西)，电子控制器210可操作地被配置成在检测偏离角度θ之后引起悬臂式引导臂构件108选择性地旋转至操作位置，操作位置与前手柄表面120的基本方向取向部分地或完全地对准。陀螺仪1102是测量或维持旋转运动的常规陀螺仪装置或仪器。在一些实施例中，陀螺仪1102可以是或包括测量角速度的微机电系统(MEMS)陀螺仪。陀螺仪1102可以是单轴、双轴或三轴陀螺仪，以测量围绕以下轴线(x、y和z)中的任何轴线的旋转。

在一个实施例中，装置可以包括：存储器存储单元1100，该存储器存储单元100被容纳在装置100上并且存储多个数字地理位置，每个数字地理位置具有多个GPS边界坐标；以及至少一个按钮220a-220n，至少一个按钮220a-220n可操作地被配置成电子地访问多个数字地理位置的多个GPS边界坐标。换言之，该装置包括被配置成存储使用者的GPS坐标或位置以及位于所述GPS坐标或位置中的所检测到的对象的历史的驻留存储器，其中，所述历史和位置可以由使用者选择性地且容易地调用(例如，通过使用至少一个按钮或语音激活)。这个特征有利地允许使用者容易地访问、调用以及选择先前已经由使用者频繁出入的GPS坐标或位置，例如，使用者的家、办公室等。在替代实施例中，装置100还可以被可操作地配置成将所有检测的对象数字映射在任何给定的GPS坐标或位置中，并且在存储器存储单元1100上存储被编译并与每个单独的、特定的或指定的GPS坐标或位置相关联的数字地图。装置100可具有以下功能能力：(选择性地或连续地)自动检测其自身的当前GPS坐标或位置，并且如果存在与那些特定GPS坐标或位置相关联的数字地图(即，如果该位置是由装置100先前映射的位置)，则调用与那些特定GPS坐标或位置相关联的数字地图。反过来，装置100将基于先前绘制的数字地图来引导使用者，同时连续地说明和警示使用者任何新的或先前未检测到的对象或障碍物。此特征可有利地改进准确性、保存电池电力并且减少装置100检测任何对象所需的时间。装置100可以与GPS单独地工作或者与GPS一起工作以提供装置可以定位和跟踪使用者所处的地理位置的多种方式。因此，电子控制器210可以可操作地被配置成引起悬臂式引导臂构件108选择性地旋转至期望偏离角度θ，期望偏离角度θ与多个数字地理位置中的一个数字地理位置和前手柄表面120的基本方向定向对应。如图2所示，装置100还可包括印刷电路板(PCB)222。

悬臂式引导臂构件108可以可操作地被配置成当悬臂式引导臂构件108在预选数字地理位置的50米之内时以向上的取向旋转以及时且准确地警示使用者该使用者与该预选数字地理位置(即，GPS坐标或位置)之间剩余的距离，因此该使用者可以相应地调整其步态的速度。如在图11-图13中最佳看到的，多个数字地理位置可以通过网络1200通信地耦接到电子控制器210，以将多个数字地理位置和/或所有检测到的对象的电子通知通信到远程电子通信装置1202a-1202n。换言之，电子控制器210可使用短程通信协议(例如，蓝牙通信协议)通过网络1200进行通信，该短程通信协议还可作为接收器、发送器和/或收发器进行操作。PAN接口可以允许电子控制器210经由对等连接或其他通信地耦接配置无线地连接到另一电子计算装置(例如，软件应用程序)。网络接口还可以包括局域网(LAN)接口。LAN接口可以是例如到诸如Wi-Fi网络的无线LAN的接口。在一个实施例中，存在无线LAN，该无线LAN为电子控制器210提供对互联网的访问，以用于通过例如互联网接收输入/消息并将输入/消息发送到例如管理员服务器1208或其他电子装置。LAN接口的范围通常可超过经由PAN接口可用的范围。通常，经由LAN接口的两个电子装置1202a-1202b之间的连接可涉及通过网络路由器或其他中间装置的通信。图12中用箭头1206a-1206n描绘了在网络1200上的装置1202a-1202n之间的示例性连接。在一个实施例中，在使用者打算使用装置100之前、期间或之后，电子控制器210和电子计算装置(例如移动电话)可以配对或建立通信链接。可以通过RFID装置进行配对。

此外，网络接口可以包括经由WAN接口连接至广域网(WAN)的能力。WAN接口可以允许连接到蜂窝移动通信网络。WAN接口可以包括通信电路，诸如耦接到无线电电路的天线，无线电电路具有用于经由天线发送和接收无线电信号的收发器。无线电电路可被配置成在移动通信网络中操作，包括但不限于全球移动通信系统(GSM)、码分多址(CDMA)、宽带CDMA(WCDMA)等。

如在图13的流程图中最佳看到的，通信可以包括初始步骤和第二步骤，第一步骤提供第一用户电子计算装置和第二用户电子计算装置，第一用户电子计算装置具有驻留在其上的软件应用，第二步骤为在第一用户电子计算装置上执行软件应用。在装置100收集关于使用者、GPS边界坐标或位置和/或检测到的任何对象或障碍物的信息之后，该方法包括下一步骤：通过第一用户接收使用者识别信息、GPS边界坐标或位置信息以及装置100(即，第二用户的)的检测到的对象信息。以此方式，该方法有利地允许第三方(例如，使用者的家人或朋友)接收警示并容易地查明使用者的地理位置，包括但不限于是否由障碍物或对象阻止使用者进入/离开特定位置(例如，使用者的家)。进一步的方法包括第一用户接收检测的对象信息，检测的对象信息存储在装置100上的以及在使用者选择装置上的位置之后以其他方式由装置接收(例如，使用按钮220a-220n之一，其中数字220表示与一个或更多个按钮220a-220n的接触的按钮接口或开关/电路接纳部)。例如，按钮220a的按压可使得使用者能够选择位置的类别，例如，公交车站、火车站、医院或由使用者或其他人采取的预先记录和/或存储的路线。然后可以经由扬声器向使用者通知位置类别中的每个位置类别，并且通过麦克风接收选择。可替代地，另一按钮220n将使得使用者能够从使用者期望的类别中选择特定位置。然后，装置将接收期望的GPS坐标和方向，并且与使用者或装置的当前位置/GPS位置一起，将引导使用者使用其到达他或她的期望和选择的位置。如图15中所见，在优选实施例中，存在4个按钮220a-220d(例如，GPS、向上、向下和输入按钮，当扬声器/麦克风配置不实际或不可行时(例如，在外部噪声可能使使用者难以听到来自扬声器的提示的公共场所或户外)，可使用所有这些按钮。

在一个实施例中，距离传感器和相机112中的至少一者各自可操作地被配置成检测从第二自由端110空间地移位六英尺或更少的对象。该特征有利地向使用者警示周围环境(即，使用者的直接周围环境)中的对象或障碍物，因此使用者具有足够的时间和机会来避开检测到的对象或障碍物。

根据一个实施例，悬臂式引导臂构件108必须被定向在操作位置中以沿着臂平移路径选择性地旋转或平移。操作位置包括相对于前手柄表面120以垂直角度(90°)布置的悬臂式引导臂构件108。换言之，悬臂式导向臂构件108可以选择性地被配置成紧凑位置，如在图3中最佳描绘的，以便于储存和运输。为了使悬臂式引导臂构件108沿着臂平移路径选择性地旋转或平移，悬臂式引导臂构件108必须被定向在操作位置中。

悬臂式引导臂构件108还可以包括多个臂构件116a-116n，其中“n”是大于1的任何数，多个臂构件116a-116n可伸缩地耦接到彼此并且可操作地被配置成选择性地调整臂长度。这可以有利地给使用者提供在使用者的手腕或前臂上的更大的“力矩”或“扭矩”，因为长度正在增加，其中“扭矩”被定义为围绕特定轴对对象的扭转，即，垂直于杆施加的力乘以其与杆的支点的距离(杆臂的长度)是其扭矩。在本发明的背景中，扭矩在较长的悬臂式引导臂构件108的情况下将更大，而在较短的悬臂式引导臂构件108的情况下将更小。因此，使用者可以选择性地改变悬臂式引导臂构件108的长度以调整当检测到对象时产生的扭矩。对于使用者而言，这将以易于感知或检测的触觉的形式来表现，并且使用者可以通过使用者在手柄构件102上的抓握来物理地感觉。臂构件116a-116n可锁定在特定长度中以提供装置100的稳定长度，除非并且直到长度由使用者调节。装置100的长度(即，手柄构件102和悬臂式引导臂构件108的组合长度)大约在40cm至60cm，尽管当多个臂构件116a-n被选择性地调整时这可以大体增加。

电子马达组件202可以进一步包括摇摆马达204，摇摆马达204可操作地被配置成从固定位置水平地摇摆相机112；以及俯仰马达206，俯仰马达206可操作地被配置成从固定位置竖直地俯仰相机112。在优选的实施例中，摇摆马达204和俯仰马达206均包括在电子马达组件202中，其中，摇摆马达204可操作地被配置成将相机112水平地(即，左和右)旋转直至355°，并且俯仰马达206可操作地被配置成将摄影机112竖直地向上仰直至向上60°和下俯至向下60°(即，向上和向下)。在垂直和水平方向两者上的广角检测增加了被扫描以用于对象或障碍物的可能检测的周围区域。换言之，当使用摇摆马达204和俯仰马达206两者时，装置100有利地能够检测直接在使用者前方、旁边、上方以及潜在地后面的障碍物。图14-图21描绘了本发明的替代实施例的若干立体图和立面图。

在不背离本公开的范围的情况下，可以对所讨论的示例性实施例进行各种修改和添加。例如，虽然以上描述的实施例涉及特定特征，但是本公开的范围还包括具有不同特征组合的实施例和不包括所有上述特征的实施例。

虽然本文已经描述并且在附图中描绘了执行过程步骤的具体顺序，但是执行步骤的顺序可以相对于在某些实施例中示出的顺序而改变。而且，在一些实施例中，可以同时或部分同时执行描述或示出为连续发生的两个或更多个步骤。为了简洁起见，还可以省略某些步骤。在一些实施例中，一些或所有的处理步骤可以合并成单个过程。

Claims (14)

1.一种手持式机电助行器，包括：

手柄构件，所述手柄构件用于由使用者抓握并且具有第一端、第二端、将所述手柄构件的第一端和第二端间隔开的手柄构件长度、前手柄表面以及与所述前手柄表面相对的后手柄表面；

电子马达组件，所述电子马达组件具有电耦接到电池电源的至少一个电子马达；

悬臂式引导臂构件，所述悬臂式引导臂构件可操作地耦接到所述至少一个电子马达，所述悬臂式引导臂构件具有可旋转地耦接到所述手柄构件的第一端、与所述悬臂式引导臂构件的所述第一端相对的第二自由端、将所述悬臂式引导臂构件的所述第一端与所述第二自由端间隔开的臂长度、臂配重，所述臂配重被布置成邻近所述第二自由端并且具有至少约0.2lbs的集中配重，并且所述悬臂式引导臂构件可操作地被配置成沿着臂平移路径平移并且具有沿着所述臂平移路径的操作位置，在所述操作位置中，所述悬臂式引导臂构件的纵向轴线相对于所述前手柄表面以大体上垂直的角度布置并且与所述前手柄表面对准；

距离传感器和相机中的至少一个，所述距离传感器和所述相机中的至少一个各自具有操作表面，所述操作表面被可操作地配置成当处于所述操作位置时以对准配置面向所述悬臂式引导臂构件的所述纵向轴线并且可操作地配置成检测从所述第二自由端空间地移位的对象；以及

电子控制器，所述电子控制器电耦接到所述电池电源并且通信地耦接到所述至少一个电子马达、以及所述距离传感器和相机中的至少一个，所述电子控制器可操作地被配置成接收从所述第二自由端空间移位的对象的检测并且引起所述悬臂式引导臂构件在远离所检测到的对象的方向上选择性地旋转，以沿着所述臂平移路径相对于所述操作位置产生偏离角度θ，由此通过由所述臂配重产生的扭矩引起所述使用者握持所述手柄构件的动力并且引导所述使用者往哪里行走。

2.根据权利要求1所述的手持式机电助行器，其中：

所述操作位置包括相对于所述前手柄表面以垂直的角度布置的所述悬臂式引导臂构件。

3.根据权利要求1所述的手持式机电助行器，进一步包括：

臂头部壳体，所述臂头部壳体沿着所述臂长度布置并且具有所述臂配重以及容纳在所述臂头部壳体中的距离传感器和相机中的至少一个。

4.根据权利要求3所述的手持式机电助行器，其中：

所述头部壳体限定所述悬臂式引导臂构件的第二自由端。

5.根据权利要求3所述的手持式机电助行器，其中，所述臂头部壳体进一步包括：

激光引导距离传感器和超声距离传感器，所述激光引导距离传感器和所述超声距离传感器通信地耦接至所述电子控制器并且可操作地被配置成检测从所述第二自由端空间地移位的对象。

6.根据权利要求1所述的手持式机电助行器，进一步包括：

陀螺仪，所述陀螺仪被容纳在所述手柄构件内、通信地耦接到所述电子控制器并且可操作地被配置成检测所述前手柄表面的基本方向取向，所述电子控制器可操作地被配置成在检测所述偏离角度θ之后引起所述悬臂式引导臂构件选择性地旋转至与所述前手柄表面的所述基本方向取向对准的所述操作位置。

7.根据权利要求6所述的手持式机电助行器，进一步包括：

记忆存储单元，所述记忆存储单元容纳在所述手持式机电助行器上并且存储各自具有多个GPS边界坐标的多个数字地理位置；以及

至少一个按钮，所述至少一个按钮可操作地被配置成电子地访问用于所述多个数字地理位置的所述多个GPS边界坐标。

8.根据权利要求6所述的手持式机电助行器，其中：

所述电子控制器可操作地被配置成引起所述悬臂式引导臂构件选择性地旋转至期望的偏离角度θ，所述期望的偏离角度θ与所述多个数字地理位置之一和所述前手柄表面的基本方向取向相对应。

9.根据权利要求6所述的手持式机电助行器，其中：

所述悬臂式引导臂构件可操作地被配置成当所述悬臂式引导臂构件在预选数字地理位置的50米之内时以向上的取向旋转。

10.根据权利要求6所述的手持式机电助行器，其中：

所述多个数字地理位置通过网络通信地耦接至所述电子控制器。

11.根据权利要求1所述的手持式机电助行器，其中：

距离传感器和相机中的至少一个各自可操作地被配置成检测从所述第二自由端空间地移位六英尺或更少的对象。

12.根据权利要求1所述的手持式机电助行器，其中：

所述悬臂式引导臂构件必须被定向在所述操作位置中以沿着所述臂平移路径选择性地旋转或平移。

13.根据权利要求1所述的手持式机电助行器，其中，所述电子马达组件还包括：

摇摆电机，所述摇摆电机可操作地被配置成从固定位置水平地摇摆所述相机；以及

俯仰电机，所述俯仰电机可操作地被配置成从固定位置竖直地俯仰所述相机。

14.根据权利要求1所述的手持式机电助行器，其中，所述悬臂式引导臂构件进一步包括：

多个臂构件，所述多个臂构件可伸缩地耦接到彼此并且可操作地被配置成选择性地调节所述臂长度。