采用LabVIEW及CompactRIO为视力障碍人群设计半自动

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:
开发半自动车辆允许盲人驾驶员在安全驾驶的过程中成功完成操纵、速度控制、并避免碰撞。

The Solution:
采用NI CompactRIO及LabVIEW软件开发世界首辆盲人驾驶车辆的功能原型。

Gallery

15岁的失明者Ishaan Rostogi(图片轮椅上)，驾驶由弗吉尼亚理工大学采用NI技术设计的世界首辆盲人驾驶车辆。

致力于提升并发挥失明人群经常被低估的能力，鼓励服务于视力障碍群体的技术创新开发，美国国家失明人士联合会提出建议，设计一种系统来帮助失明人群尝试从未有过的体验：驾驶。弗吉尼亚理工大学的机器人与器械实验室(RoMeLa)是唯一一个接收挑战的组织。该大学机械工程系 于2008年重新建立了高年级设计团队和大学生研究项目弗吉尼亚大学盲人驾驶挑战(BDC)，他们为世界首辆可用的盲人驾驶车辆原型定义了最初的目标。

9名大学生仅花费两个学期，$3,000 USD经费就完成了设计，盲人驾驶员可安全地实现三种基本驾驶任务：在由单排的锥形交通路标定义的曲线驾驶路线中行进；预先设定的正常速度行驶；有效的紧急刹车能力以避开与障碍物的碰撞。

我们的原型平台
从项目的最初开始，盲人驾驶系统的软硬件设计中仅用了NI的产品。我们选择NI产品的原因是其低成本的原型设计平台、快速的数据采集和处理，确保在实时系统中能最小化时间迟滞、与各类传感器及设备的兼容性、苛刻测试环境下的性能及可靠性、直观的编程界面、模块化、尺寸、重量、以及未来开发中的硬件扩展能力。研究人员考察了RoMeLa在各类应用中长期使用NI产品的成功经验，包括从类人足球机器人到全自治式车辆。除了盲人驾驶系统，这些应用证明了NI软硬件在机器人应用建模平台上的多功能性及功能理想性。

环境感知
目前的盲人驾驶系统由各类传感器和新颖的非视觉驾驶界面组成，就像附加在沙漠越野汽车上的模块化系统。我们采用Hokuyo UTM-30LX单平面激光测距仪作为环境探测器，扫描驾驶环境中的锥形交通路标及其它障碍，并将扫描信息送到板载NI cRIO-9072实时处理器及实时可编程门阵列(FPGA)处理目标上。现有的NI设备驱动能够直接支持Hokuyo LRF产品，因为NI工程师在UTM-30LX公开发布之前就提供了自定义驱动。

运行LabVIEW软件的笔记本电脑提供了支持cRIO-9072的临时USB连接能力，由于30LX仅有USB接口，不像以前使用的其它多数模块可选RS232接口。我们做了进一步设计使实时控制器提供USB连接能力，并绕开笔记本电脑采用第三方转换芯片；然而，cRIO-9072与笔记本电脑间的以太网通信对目前的需求来说已经足够了。 笔记本电脑还支持正常视力的乘客被动监视所有软硬件的操作，轻松修改任何启发式编程，从而能够在现场试验中快速标定。