采用LabVIEW及CompactRIO為視力障礙人群設(shè)計(jì)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(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)時系統(tǒng)中能最小化時間遲滯、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)時處理器及實(shí)時可編程門陣列(FPGA)處理目標(biāo)上。現(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。