随着科学技术的发展,研究者们为盲人设计出了许多智能的导盲助航设备,但这些设备还存在一些缺点和可以改进的地方,如穿戴式电子导航设备会增加盲人使用者的负担以及传统为盲人导航系统中机器人与盲人使用者之间没有固定队形且盲人使用者只能被动跟随。针对以上缺点,本文利用移动机器人为盲人导航,提出了基于多机器人领域领导者-跟随者控制模型的人机队形控制方法。本系统中,盲人使用者可以自由选走行走速度,根据盲人使用者的线速度调节机器人的线速度和角速度,根据盲人使用者与机器人之间的相对位置提示盲人使用者调整前进方向,从而使得移动机器人和盲人使用者之间保持稳定的队形,最终引导盲人使用者顺利到达目标地点。本文设计了基于振动触觉反馈的人机协作导航系统。导盲机器人硬件平台包括平台感知模块、机器人底层控制模块和振动手环。平台感知模块由激光测距雷达、惯性测量单元和Kinect体感传感器组成。激光测距雷达用于采集环境信息,实现同时定位与构图算法。惯性测量单元用于测出导盲机器人的角速度。Kinect体感传感器用于实现人体跟踪。机器人底层控制模块负责接收上层控制发送的指令,并将指令转化为执行参数发送给执行模块。振动手环将导航指令映射到振动电机上,给盲人使用者提供振动提示。基于机器人操作系统平台,实现了二维激光同时定位与构图算法,构建出了环境地图。为了增强盲人使用者行走的自主性,提出了基于动态窗口法的以盲人使用者为主导的路径规划算法。基于多机器人领域的领导者-跟随者编队控制模型,提出了本文的人机队形控制模型。利用Kinect获取盲人使用者相对于机器人的位置信息。根据盲人使用者的位置信息,通过振动手环给盲人使用者发送相应的导航振动提示,从而使得机器人和盲人使用者之间的相对距离和相对方位角收敛到给定值。最终引导盲人使用者到达目标地点。本文对人机协作导航系统进行了实验。其中,振动触觉反馈实验验证了振动手环提供导航振动提示的有效性。机器人自主导航实验测试了导盲机器人构建地图和自主导航的能力。实验结果显示机器人自主导航后距离目标点误差值的平均值为7cm,能够满足室内为人导航应用需求。基于Kinect的人体跟踪实验测试了Kinect的人体跟踪性能。实验结果显示当使用者与Kinect之间相距1.5m时,人体跟踪效果较好。人机协作导航系统性能实验测试了本系统为人导航的性能。实验结果显示,所有测试者的平均队形偏差为0.18m,小于同类导盲机器人系统的平均队形偏差0.23m,验证了人机协作导航系统的有效性。