采用LabVIEW及CompactRIO為視力障礙人群設計半自動車輛

　　致力于提升并發(fā)揮失明人群經(jīng)常被低估的能力，鼓勵服務于視力障礙群體的技術創(chuàng)新開發(fā)，美國國家失明人士聯(lián)合會提出建議，設計一種系統(tǒng)來幫助失明人群嘗試從未有過的體驗：駕駛。弗吉尼亞理工大學的機器人與器械實驗室(RoMeLa)是唯一一個接收挑戰(zhàn)的組織。該大學機械工程系 于2008年重新建立了高年級設計團隊和大學生研究項目弗吉尼亞大學盲人駕駛挑戰(zhàn)(BDC)，他們?yōu)槭澜缡纵v可用的盲人駕駛車輛原型定義了最初的目標。

15歲的失明者Ishaan Rostogi(圖片輪椅上)，駕駛由弗吉尼亞理工大學采用NI技術設計的世界首輛盲人駕駛車輛

　　9名大學生僅花費兩個學期，$3,000 USD經(jīng)費就完成了設計，盲人駕駛員可安全地實現(xiàn)三種基本駕駛?cè)蝿眨涸谟蓡闻诺腻F形交通路標定義的曲線駕駛路線中行進;預先設定的正常速度行駛;有效的緊急剎車能力以避開與障礙物的碰撞。

　　我們的原型平臺

　　從項目的最初開始，盲人駕駛系統(tǒng)的軟硬件設計中僅用了NI的產(chǎn)品。我們選擇NI產(chǎn)品的原因是其低成本的原型設計平臺、快速的數(shù)據(jù)采集和處理，確保在實時系統(tǒng)中能最小化時間遲滯、與各類傳感器及設備的兼容性、苛刻測試環(huán)境下的性能及可靠性、直觀的編程界面、模塊化、尺寸、重量、以及未來開發(fā)中的硬件擴展能力。研究人員考察了RoMeLa在各類應用中長期使用NI產(chǎn)品的成功經(jīng)驗，包括從類人足球機器人到全自治式車輛。除了盲人駕駛系統(tǒng)，這些應用證明了NI軟硬件在機器人應用建模平臺上的多功能性及功能理想性。

　　環(huán)境感知

　　目前的盲人駕駛系統(tǒng)由各類傳感器和新穎的非視覺駕駛界面組成，就像附加在沙漠越野汽車上的模塊化系統(tǒng)。我們采用Hokuyo UTM-30LX單平面激光測距儀作為環(huán)境探測器，掃描駕駛環(huán)境中的錐形交通路標及其它障礙，并將掃描信息送到板載NI cRIO-9072實時處理器及實時可編程門陣列(FPGA)處理目標上。現(xiàn)有的NI設備驅(qū)動能夠直接支持Hokuyo LRF產(chǎn)品，因為NI工程師在UTM-30LX公開發(fā)布之前就提供了自定義驅(qū)動。

　　運行LabVIEW軟件的筆記本電腦提供了支持cRIO-9072的臨時USB連接能力，由于30LX僅有USB接口，不像以前使用的其它多數(shù)模塊可選RS232接口。我們做了進一步設計使實時控制器提供USB連接能力，并繞開筆記本電腦采用第三方轉(zhuǎn)換芯片;然而，cRIO-9072與筆記本電腦間的以太網(wǎng)通信對目前的需求來說已經(jīng)足夠了。 筆記本電腦還支持正常視力的乘客被動監(jiān)視所有軟硬件的操作，輕松修改任何啟發(fā)式編程，從而能夠在現(xiàn)場試驗中快速標定。

　　其它傳感器根據(jù)車輛的狀態(tài)來采集重要信息，如霍爾效應傳感器通過弦絲電位器采集速度信息及操縱角度。我們從這些傳感器采集數(shù)據(jù)，并采用CompactRIO實時控制器上的高速FPGA直接處理。

　　非視覺駕駛界面

　　通過各類傳感器完成駕駛環(huán)境圖像采集后，我們對數(shù)據(jù)進行處理并通過非視覺方式傳送給駕駛員。開發(fā)非視覺駕駛界面 (NVDI) 的最終目標是向駕駛員提供高效的信息，最大化駕駛員的環(huán)境感知度，從而快速精確的作出駕駛決策。車輛最初的NVDI上的包含了針對安全性和冗余備份的信息和指示。