采用LabVIEW及CompactRIO為視力障礙人群設計半自動

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采用NI技術設計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。

9名大學生僅花費兩個學期，$3,000 USD經費就完成了設計，盲人駕駛員可安全地實現(xiàn)三種基本駕駛任務：在由單排的錐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的產品。我們選擇NI產品的原因是其低成本的原型設計平臺、快速的數據采集和處理，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產品的成功經驗，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設備驅動能夠直接支持Hokuyo LRF產品，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換芯片；然而，cRIO-9072與筆記本電腦間的以太網通信對目前的需求來說已經足夠了。 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。