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:

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

The Solution:

　　在項目的早期，通過定制電路板控制電機。板卡帶有PIC微控制器，管理大量晶體管和繼電器，用于以不同強度激活馬甲中的電機。從運行LabVIEW的PC通過RS-232信號發送需要使用指令。

盲人駕駛員結合聽覺和振動中的觸覺有效地駕駛車輛，避開途中的障礙。

　　"他們發現可以使用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，并且簡化了支持軟件。"

　　為了刺激能夠為盲人帶來更多自由的技術的發展，美國國家盲人協會在2004年向工程師和發明家提出了一個挑戰：建造盲人個人能夠駕駛的汽車。兩年之后，只有美國弗吉尼亞理工大學的機器人和機械實驗室接受了這個挑戰。學校的機械工程系和九個本科學生利用協會的3000美元撥款和感興趣公司的硬件與軟件捐贈，在這個項目上花了兩年時間。協會挑戰要求駕駛員能夠在以單車道道路指定的曲線路線駕駛;將速度控制在預定上限之內;并且能夠及時停車防止相撞。

　　由于資金有限，美國弗吉尼亞理工大學的團隊(現在稱為盲人駕駛員項目)從相對簡單的越野車開始，將它調整為適合新駕駛員的車輛。

　　最初的步驟之一是添加Hokuyo UTM-30LX單平面激光測距儀，起到類似雷達的作用。傳感器將車輛前方物體的范圍和距離數據傳送到NI的CompactRIO實時控制器上。控制器包含FPGA，處理目標，并將測距儀數據轉換成相關信息，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。

　　運行NI LabVIEW程序的控制器能夠支持USB功能，因為測距儀只能通過USB工作。同時筆記本和控制器之間通過以太網通訊。筆記本還讓有視力的乘客和開發員監視所有的硬件和軟件操作，為現場快速標定修改程序。控制器還從霍爾傳感器接收車輛速度的反饋以及弦絲電位計發送的駕駛角度。

　　當然困難的部分是將傳感器信息傳達給盲人駕駛員。他們所選擇的方法是利用駕駛員的其他感觀，例如聽覺和觸覺。舉例而言，駕駛員身穿連接多個電機的馬甲。每個電機以不同的強度進行旋轉。為了保持在速度上限之內，其中一個電機旋轉指示需要剎車，旋轉的強度與所需的剎車力量相關。如果控制器將所有的輸入數據解釋為前方有一個無法避免的障礙物，馬甲中的另一個電機將會旋轉，指示駕駛員立即停車。

　　在項目的早期，通過定制電路板控制電機。板卡帶有PIC微控制器，管理大量晶體管和繼電器，用于以不同強度激活馬甲中的電機。運行LabVIEW的PC通過RS-232信號發送需要使用指令。但是，在團隊獲得了CompactRIO控制器時，他們發現可以使用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，并且簡化了支持軟件。更為重要的是，它縮短了檢測到障礙物到電機開始旋轉之間的時間，這在行車的緊要關頭是非常關鍵的因素。

　　對于駕駛，方向盤的一個機制是在每次“點擊”時偏轉5°。控制器中的勢力場算法將激光數據映射到合適的通道中。之后，控制器使用語音生成模塊告訴駕駛員需要“點擊”多少次以及向哪個方向偏轉。

　　團隊同時開發了觸覺地圖，以便駕駛員了解他們所在的位置。這個扁平的手持設備在一個表面上有小洞，與沙壺球游戲桌相似。在特定的小孔(象素)中發出壓縮空氣表示激光范圍搜索器探測到的障礙物。地圖稱為AirPix，讓駕駛員“感覺”到障礙物，并繞過他們。

　　在過去的那個夏天，團隊讓30個盲人或有視覺缺陷的人坐在方向盤后，體驗駕駛汽車的感覺。無論這是他們的第一次駕駛，或是多年后重新握起方向盤，他們的反應都特別積極。實際上，一個團隊成員半開玩笑地說：“我們需要和駕駛員說，不要在停車場吃面包圈。”

　　駕駛員志愿者還提出了許多改進汽車的建議，團隊將會評估這些反饋并設法在今年實現。