Author(s):

　　Stephen J. Mraz - 科技讓盲人能夠駕駛

Industry:

　　Research, Machines/Mechanics

Products:

　　Controllers, LabVIEW, Real-Time

The Challenge:

　　建造盲人個(gè)人能夠駕駛的汽車(chē)，并且要求駕駛員能夠在以單車(chē)道道路指定的曲線路線駕駛;將速度控制在預(yù)定上限之內(nèi);并且能夠及時(shí)停車(chē)防止相撞

The Solution:

　　在項(xiàng)目的早期，通過(guò)定制電路板控制電機(jī)。板卡帶有PIC微控制器，管理大量晶體管和繼電器，用于以不同強(qiáng)度激活馬甲中的電機(jī)。從運(yùn)行LabVIEW的PC通過(guò)RS-232信號(hào)發(fā)送需要使用指令。

盲人駕駛員結(jié)合聽(tīng)覺(jué)和振動(dòng)中的觸覺(jué)有效地駕駛車(chē)輛，避開(kāi)途中的障礙。

　　"他們發(fā)現(xiàn)可以使用NI 9458八通道繼電器模塊取代電路板，這樣不僅縮小了硬件大小，并且簡(jiǎn)化了支持軟件。"

　　為了刺激能夠?yàn)槊と藥?lái)更多自由的技術(shù)的發(fā)展，美國(guó)國(guó)家盲人協(xié)會(huì)在2004年向工程師和發(fā)明家提出了一個(gè)挑戰(zhàn)：建造盲人個(gè)人能夠駕駛的汽車(chē)。兩年之后，只有美國(guó)弗吉尼亞理工大學(xué)的機(jī)器人和機(jī)械實(shí)驗(yàn)室接受了這個(gè)挑戰(zhàn)。學(xué)校的機(jī)械工程系和九個(gè)本科學(xué)生利用協(xié)會(huì)的3000美元撥款和感興趣公司的硬件與軟件捐贈(zèng)，在這個(gè)項(xiàng)目上花了兩年時(shí)間。協(xié)會(huì)挑戰(zhàn)要求駕駛員能夠在以單車(chē)道道路指定的曲線路線駕駛;將速度控制在預(yù)定上限之內(nèi);并且能夠及時(shí)停車(chē)防止相撞。

　　由于資金有限，美國(guó)弗吉尼亞理工大學(xué)的團(tuán)隊(duì)(現(xiàn)在稱為盲人駕駛員項(xiàng)目)從相對(duì)簡(jiǎn)單的越野車(chē)開(kāi)始，將它調(diào)整為適合新駕駛員的車(chē)輛。

　　最初的步驟之一是添加Hokuyo UTM-30LX單平面激光測(cè)距儀，起到類似雷達(dá)的作用。傳感器將車(chē)輛前方物體的范圍和距離數(shù)據(jù)傳送到NI的CompactRIO實(shí)時(shí)控制器上?？刂破靼現(xiàn)PGA，處理目標(biāo)，并將測(cè)距儀數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成相關(guān)信息，使駕駛員能夠用于保持在路面上駕駛，并且不與障礙物(錐形桶)相撞。

　　運(yùn)行NI LabVIEW程序的控制器能夠支持USB功能，因?yàn)闇y(cè)距儀只能通過(guò)USB工作。同時(shí)筆記本和控制器之間通過(guò)以太網(wǎng)通訊。筆記本還讓有視力的乘客和開(kāi)發(fā)員監(jiān)視所有的硬件和軟件操作，為現(xiàn)場(chǎng)快速標(biāo)定修改程序?？刂破鬟€從霍爾傳感器接收車(chē)輛速度的反饋以及弦絲電位計(jì)發(fā)送的駕駛角度。

　　當(dāng)然困難的部分是將傳感器信息傳達(dá)給盲人駕駛員。他們所選擇的方法是利用駕駛員的其他感觀，例如聽(tīng)覺(jué)和觸覺(jué)。舉例而言，駕駛員身穿連接多個(gè)電機(jī)的馬甲。每個(gè)電機(jī)以不同的強(qiáng)度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。為了保持在速度上限之內(nèi)，其中一個(gè)電機(jī)旋轉(zhuǎn)指示需要?jiǎng)x車(chē)，旋轉(zhuǎn)的強(qiáng)度與所需的剎車(chē)力量相關(guān)。如果控制器將所有的輸入數(shù)據(jù)解釋為前方有一個(gè)無(wú)法避免的障礙物，馬甲中的另一個(gè)電機(jī)將會(huì)旋轉(zhuǎn)，指示駕駛員立即停車(chē)。

　　在項(xiàng)目的早期，通過(guò)定制電路板控制電機(jī)。板卡帶有PIC微控制器，管理大量晶體管和繼電器，用于以不同強(qiáng)度激活馬甲中的電機(jī)。運(yùn)行LabVIEW的PC通過(guò)RS-232信號(hào)發(fā)送需要使用指令。但是，在團(tuán)隊(duì)獲得了CompactRIO控制器時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)可以使用NI 9458八通道繼電器模塊取代電路板，這樣不僅縮小了硬件大小，并且簡(jiǎn)化了支持軟件。更為重要的是，它縮短了檢測(cè)到障礙物到電機(jī)開(kāi)始旋轉(zhuǎn)之間的時(shí)間，這在行車(chē)的緊要關(guān)頭是非常關(guān)鍵的因素。

　　對(duì)于駕駛，方向盤(pán)的一個(gè)機(jī)制是在每次“點(diǎn)擊”時(shí)偏轉(zhuǎn)5°。控制器中的勢(shì)力場(chǎng)算法將激光數(shù)據(jù)映射到合適的通道中。之后，控制器使用語(yǔ)音生成模塊告訴駕駛員需要“點(diǎn)擊”多少次以及向哪個(gè)方向偏轉(zhuǎn)。

　　團(tuán)隊(duì)同時(shí)開(kāi)發(fā)了觸覺(jué)地圖，以便駕駛員了解他們所在的位置。這個(gè)扁平的手持設(shè)備在一個(gè)表面上有小洞，與沙壺球游戲桌相似。在特定的小孔(象素)中發(fā)出壓縮空氣表示激光范圍搜索器探測(cè)到的障礙物。地圖稱為AirPix，讓駕駛員“感覺(jué)”到障礙物，并繞過(guò)他們。

　　在過(guò)去的那個(gè)夏天，團(tuán)隊(duì)讓30個(gè)盲人或有視覺(jué)缺陷的人坐在方向盤(pán)后，體驗(yàn)駕駛汽車(chē)的感覺(jué)。無(wú)論這是他們的第一次駕駛，或是多年后重新握起方向盤(pán)，他們的反應(yīng)都特別積極。實(shí)際上，一個(gè)團(tuán)隊(duì)成員半開(kāi)玩笑地說(shuō)：“我們需要和駕駛員說(shuō)，不要在停車(chē)場(chǎng)吃面包圈?！?/p>

　　駕駛員志愿者還提出了許多改進(jìn)汽車(chē)的建議，團(tuán)隊(duì)將會(huì)評(píng)估這些反饋并設(shè)法在今年實(shí)現(xiàn)。