采用LabVIEW及CompactRIO為視力障礙人群設(shè)計(jì)半自動(dòng)

Author(s):
Dr. Dennis Hong - Virginia Polytechnic Institute and State University
Greg Jannaman - Virginia Polytechnic Institute and State University
Kimberly Wenger - Virginia Polytechnic Institute and State University

Industry:
Research, Mechatronics

Products:
NI 9221, NI 9485, NI 9263, FPGA Module, LabVIEW, Real-Time Module, cRIO-9072, CompactRIO

The Challenge:
開發(fā)半自動(dòng)車輛允許盲人駕駛員在安全駕駛的過程中成功完成操縱、速度控制、并避免碰撞。

The Solution:
采用NI CompactRIO及LabVIEW軟件開發(fā)世界首輛盲人駕駛車輛的功能原型。

Gallery

15歲的失明者Ishaan Rostogi(圖片輪椅上)，駕駛由弗吉尼亞理工大學(xué)采用NI技術(shù)設(shè)計(jì)的世界首輛盲人駕駛車輛。

致力于提升并發(fā)揮失明人群經(jīng)常被低估的能力，鼓勵(lì)服務(wù)于視力障礙群體的技術(shù)創(chuàng)新開發(fā)，美國國家失明人士聯(lián)合會(huì)提出建議，設(shè)計(jì)一種系統(tǒng)來幫助失明人群嘗試從未有過的體驗(yàn)：駕駛。弗吉尼亞理工大學(xué)的機(jī)器人與器械實(shí)驗(yàn)室(RoMeLa)是唯一一個(gè)接收挑戰(zhàn)的組織。該大學(xué)機(jī)械工程系 于2008年重新建立了高年級(jí)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)和大學(xué)生研究項(xiàng)目弗吉尼亞大學(xué)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(biāo)。

9名大學(xué)生僅花費(fèi)兩個(gè)學(xué)期，$3,000 USD經(jīng)費(fèi)就完成了設(shè)計(jì)，盲人駕駛員可安全地實(shí)現(xiàn)三種基本駕駛?cè)蝿?wù)：在由單排的錐形交通路標(biāo)定義的曲線駕駛路線中行進(jìn)；預(yù)先設(shè)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(tái)
從項(xiàng)目的最初開始，盲人駕駛系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)平臺(tái)、快速的數(shù)據(jù)采集和處理，確保在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中能最小化時(shí)間遲滯、與各類傳感器及設(shè)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(kuò)展能力。研究人員考察了RoMeLa在各類應(yīng)用中長期使用NI產(chǎn)品的成功經(jīng)驗(yàn)，包括從類人足球機(jī)器人到全自治式車輛。除了盲人駕駛系統(tǒng)，這些應(yīng)用證明了NI軟硬件在機(jī)器人應(yīng)用建模平臺(tái)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(biāo)及其它障礙，并將掃描信息送到板載NI cRIO-9072實(shí)時(shí)處理器及實(shí)時(shí)可編程門陣列(FPGA)處理目標(biāo)上。現(xiàn)有的NI設(shè)備驅(qū)動(dòng)能夠直接支持Hokuyo LRF產(chǎn)品，因?yàn)镹I工程師在UTM-30LX公開發(fā)布之前就提供了自定義驅(qū)動(dòng)。

運(yùn)行LabVIEW軟件的筆記本電腦提供了支持cRIO-9072的臨時(shí)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(jìn)一步設(shè)計(jì)使實(shí)時(shí)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(dòng)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(yàn)中快速標(biāo)定。