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(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)。
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
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
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、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?，F(xiàn)有的NI設(shè)備驅(qū)動能夠直接支持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。
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。
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(yīng)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(shí)時(shí)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(jìn)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(biāo)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。
對于限速規(guī)則，駕駛員可自如地駕駛直至到達(dá)速度上限，此時(shí)座椅安全帶上的震動觸覺的背心會提示駕駛員需要多大的剎車力度來使車輛回到安全速度。如果車輛探測到不可避免的障礙物碰撞，背心會提示駕駛員緊急剎車。
最初的背心測試中，我們采用了自定義電路板來控制電機(jī)馬達(dá)。RS232信號從PC上的LabVIEW軟件傳輸?shù)絇IC控制器，通過控制晶體管和繼電器來驅(qū)動電機(jī)實(shí)現(xiàn)背心各種強(qiáng)度的振動。采用CompactRIO以后由于有了NI 9485 8通道繼電器模塊，我們不再需要電路板。電路板的替換縮小了體積，降低了添加硬件時(shí)的潛在復(fù)雜度，顯著簡化了軟件編寫，極大縮短了從探測到障礙到電機(jī)馬達(dá)全速振動之間的時(shí)間，這點(diǎn)對于駕駛員在緊急情況下的操控是至關(guān)重要的。
對于方向控制，勢場算法提供了道路的生成。完成道路計(jì)算后，系統(tǒng)指示駕駛員如何轉(zhuǎn)向保持車輛方向以及回避障礙物。駕駛員通過耳機(jī)和LabVIEW語音合成軟件得到信息，從而知道方向盤需要轉(zhuǎn)多少個(gè)“嘀嗒”聲。與轉(zhuǎn)向柱連接的機(jī)構(gòu)每五度發(fā)出一聲“嘀嗒”聲，提供精確的反饋聲響。