采用LabVIEW及CompactRIO為視力障礙人群設計半自動(dòng)

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(kāi)發(fā)半自動(dòng)車(chē)輛允許盲人駕駛員在安全駕駛的過(guò)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(kāi)發(fā)世界首輛盲人駕駛車(chē)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(xué)采用NI技術(shù)設計的世界首輛盲人駕駛車(chē)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(kāi)發(fā)，美國國家失明人士聯(lián)合會(huì )提出建議，設計一種系統來(lái)幫助失明人群嘗試從未有過(guò)的體驗：駕駛。弗吉尼亞理工大學(xué)的機器人與器械實(shí)驗室(RoMeLa)是唯一一個(gè)接收挑戰的組織。該大學(xué)機械工程系 于2008年重新建立了高年級設計團隊和大學(xué)生研究項目弗吉尼亞大學(xué)盲人駕駛挑戰(BDC)，他們?yōu)槭澜缡纵v可用的盲人駕駛車(chē)輛原型定義了最初的目標。

9名大學(xué)生僅花費兩個(gè)學(xué)期，$3,000 USD經(jīng)費就完成了設計，盲人駕駛員可安全地實(shí)現三種基本駕駛任務(wù)：在由單排的錐形交通路標定義的曲線(xiàn)駕駛路線(xiàn)中行進(jìn)；預先設定的正常速度行駛；有效的緊急剎車(chē)能力以避開(kāi)與障礙物的碰撞。

我們的原型平臺
從項目的最初開(kāi)始，盲人駕駛系統的軟硬件設計中僅用了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計平臺、快速的數據采集和處理，確保在實(shí)時(shí)系統中能最小化時(shí)間遲滯、與各類(lèi)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(guān)的編程界面、模塊化、尺寸、重量、以及未來(lái)開(kāi)發(fā)中的硬件擴展能力。研究人員考察了RoMeLa在各類(lèi)應用中長(cháng)期使用NI產(chǎn)品的成功經(jīng)驗，包括從類(lèi)人足球機器人到全自治式車(chē)輛。除了盲人駕駛系統，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由各類(lèi)傳感器和新穎的非視覺(jué)駕駛界面組成，就像附加在沙漠越野汽車(chē)上的模塊化系統。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(shí)時(shí)處理器及實(shí)時(shí)可編程門(mén)陣列(FPGA)處理目標上?，F有的NI設備驅動(dòng)能夠直接支持Hokuyo LRF產(chǎn)品，因為NI工程師在UTM-30LX公開(kāi)發(fā)布之前就提供了自定義驅動(dòng)。

運行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模塊可選RS232接口。我們做了進(jìn)一步設計使實(shí)時(shí)控制器提供USB連接能力，并繞開(kāi)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(wǎng)通信對目前的需求來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠了。 筆記本電腦還支持正常視力的乘客被動(dòng)監視所有軟硬件的操作，輕松修改任何啟發(fā)式編程，從而能夠在現場(chǎng)試驗中快速標定。