《電子技術應用》
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美国弗吉尼亚理工大学学生建造盲人能够驾驶的汽车
Stephen J. Mraz
摘要: 在项目的早期,通过定制电路板控制电机。板卡带有PIC微控制器,管理大量晶体管和继电器,用于以不同强度激活马甲中的电机。从运行LabVIEW的PC通过RS-232信号发送需要使用指令。
關鍵詞: 虚拟仪器 LabView NI
Abstract:
Key words :

    為了刺激能夠為盲人帶來更多自由的技術的發展,美國國家盲人協會在2004年向工程師和發明家提出了一個挑戰:建造盲人個人能夠駕駛的汽車。兩年之后,只有美國弗吉尼亞理工大學的機器人和機械實驗室接受了這個挑戰。學校的機械工程系和九個本科學生利用協會的3000美元撥款和感興趣公司的硬件與軟件捐贈,在這個項目上花了兩年時間。協會挑戰要求駕駛員能夠在以單車道道路指定的曲線路線駕駛;將速度控制在預定上限之內;并且能夠及時停車防止相撞。

    由于資金有限,美國弗吉尼亞理工大學的團隊(現在稱為盲人駕駛員項目)從相對簡單的越野車開始,將它調整為適合新駕駛員的車輛。

    最初的步驟之一是添加Hokuyo UTM-30LX單平面激光測距儀,起到類似雷達的作用。傳感器將車輛前方物體的范圍和距離數據傳送到NI的CompactRIO實時控制器上??刂破靼現PGA,處理目標,并將測距儀數據轉換成相關信息,使駕駛員能夠用于保持在路面上駕駛,并且不與障礙物(錐形桶)相撞。

    運行NI LabVIEW程序的控制器能夠支持USB功能,因為測距儀只能通過USB工作。同時筆記本和控制器之間通過以太網通訊。筆記本還讓有視力的乘客和開發員監視所有的硬件和軟件操作,為現場快速標定修改程序??刂破鬟€從霍爾傳感器接收車輛速度的反饋以及弦絲電位計發送的駕駛角度。

 

    當然困難的部分是將傳感器信息傳達給盲人駕駛員。他們所選擇的方法是利用駕駛員的其他感觀,例如聽覺和觸覺。舉例而言,駕駛員身穿連接多個電機的馬甲。每個電機以不同的強度進行旋轉。為了保持在速度上限之內,其中一個電機旋轉指示需要剎車,旋轉的強度與所需的剎車力量相關。如果控制器將所有的輸入數據解釋為前方有一個無法避免的障礙物,馬甲中的另一個電機將會旋轉,指示駕駛員立即停車。

 

    在項目的早期,通過定制電路板控制電機。板卡帶有PIC微控制器,管理大量晶體管和繼電器,用于以不同強度激活馬甲中的電機。運行LabVIEW的PC通過RS-232信號發送需要使用指令。但是,在團隊獲得了CompactRIO控制器時,他們發現可以使用NI 9458八通道繼電器模塊取代電路板,這樣不僅縮小了硬件大小,并且簡化了支持軟件。更為重要的是,它縮短了檢測到障礙物到電機開始旋轉之間的時間,這在行車的緊要關頭是非常關鍵的因素。

 

    對于駕駛,方向盤的一個機制是在每次“點擊”時偏轉5°??刂破髦械膭萘鏊惴▽⒓す鈹祿成涞胶线m的通道中。之后,控制器使用語音生成模塊告訴駕駛員需要“點擊”多少次以及向哪個方向偏轉。

 

    團隊同時開發了觸覺地圖,以便駕駛員了解他們所在的位置。這個扁平的手持設備在一個表面上有小洞,與沙壺球游戲桌相似。在特定的小孔(象素)中發出壓縮空氣表示激光范圍搜索器探測到的障礙物。地圖稱為AirPix,讓駕駛員“感覺”到障礙物,并繞過他們。

 

    在過去的那個夏天,團隊讓30個盲人或有視覺缺陷的人坐在方向盤后,體驗駕駛汽車的感覺。無論這是他們的第一次駕駛,或是多年后重新握起方向盤,他們的反應都特別積極。實際上,一個團隊成員半開玩笑地說:“我們需要和駕駛員說,不要在停車場吃面包圈。”

 

    駕駛員志愿者還提出了許多改進汽車的建議,團隊將會評估這些反饋并設法在今年實現。

 

 

 

Author Information:
Stephen J. Mraz

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