用于视障人士的LabVIEW和CompactRIO设计半自动车辆 - NI数据采集传感器 - 工业控制新闻

时间:2019-03-25 02:13:58 来源:二道信息网 作者:匿名



LabVIEW和CompactRIO为视力障碍人士设计半自动车辆

2010/1/26 15: 56: 31

资料来源:National Instruments(NI)Ltd。

编者注:LabVIEW和CompactRIO为有视力障碍的人设计半自动车辆。 “由于资金和开发时间有限,NI产品在项目成功中发挥了关键作用,提供了一个易于使用,低成本的原型设计平台。 “

Ishaan Rostogi(坐在轮椅上)是一名15岁的盲人,驾驶着由弗吉尼亚理工大学使用NI技术设计的世界上第一辆盲车。

国家盲人联合会致力于改善和利用经常被低估的盲人鼓励视障者技术创新和发展的能力,建议设计一个系统,帮助盲人尝试他们从未体验过的东西:驾驶。弗吉尼亚理工大学的机器人和设备实验室(RoMeLa)是唯一接受挑战的组织。大学机械工程系于2008年重新建立了高级设计团队和弗吉尼亚大学研究计划盲人驾驶挑战赛(BDC),该团队确定了世界上第一个可用的盲驱车辆原型的初始目标。

九名大学生只花了两个学期,而3000美元的设计是为了让盲人驾驶员能够安全地执行三项基本驾驶任务:乘坐由一排圆锥形交通标志定义的弯道行驶路线;预设以正常速度行驶;有效的紧急制动能力,以避免与障碍物碰撞。

我们的原型平台

从项目一开始,只有NI产品被用于盲驱系统的硬件和软件设计。我们选择NI产品是因为它们具有低成本的原型设计平台,快速的数据采集和处理,确保时间延迟,与各种传感器和设备的实时兼容性,以及在苛刻的测试环境中的性能。可靠性,直观的编程接口,模块化,尺寸,重量和未来开发中的硬件扩展功能。研究人员研究了RoMeLa在各种应用中长期使用NI产品的成功经验,从人形机器人到完全自动驾驶汽车。除盲目驱动系统外,这些应用程序还展示了机器人应用程序建模平台上NI硬件和软件的多功能性和功能性理念。环保意识

目前的盲人驾驶系统包括各种传感器和新型非视觉驾驶界面,如连接到沙漠越野车的模块化系统。我们使用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标志和其他障碍物,并将扫描信息发送到板载NI cRIO-9072实时处理器并实时编程门。阵列(FPGA)在目标上处理。现有的NI设备驱动程序可以直接支持Hokuyo LRF产品,因为NI工程师在UTM-30LX发布之前提供了自定义驱动程序。

运行LabVIEW软件的笔记本电脑提供临时USB连接以支持cRIO-9072。由于30LX只有一个USB接口,与之前使用的大多数其他模块不同,RS232接口是可选的。我们进一步设计了使实时控制器能够提供USB连接并使用第三方转换芯片绕过笔记本电脑;但是,cRIO-9072和笔记本电脑之间的以太网通信足以满足当前的需求。笔记本电脑还支持普通视觉乘客被动监控所有硬件和软件操作,并轻松修改任何启发式编程,以便在现场试验中快速校准。

其他传感器根据车辆状态收集重要信息,例如通过弦线电位计收集速度信息和转向角度的霍尔效应传感器。我们从这些传感器收集数据,并使用CompactRIO实时控制器上的高速FPGA直接处理它们。

非可视驾驶界面

在用各种传感器完成驾驶环境图像采集之后,我们处理数据并以非可视方式将其传输给驾驶员。开发非可视驾驶界面(NVDI)的最终目标是为驾驶员提供有效的信息,以最大限度地提高驾驶员的环境感知,从而快速准确地做出驾驶决策。有关安全性和冗余备份的信息和说明包含在车辆的原始NVDI中。

对于速度限制规则,驾驶员可以自由驾驶直到达到速度上限。此时,安全带上的振动触觉背心将提示驾驶员需要多少制动力才能使车辆返回到安全速度。如果车辆检测到不可避免的障碍物碰撞,则背心将提示驾驶员制动。在最初的背心测试中,我们使用定制板来控制电机。 RS232信号从PC上的LabVIEW软件传输到PIC控制器,电机由控制晶体管和继电器驱动,以实现背心的各种强度振动。使用CompactRIO,由于NI 9485 8通道继电器模块,我们不再需要电路板。更换电路板可减小尺寸,降低添加硬件的潜在复杂性,显着简化软件编写,并大大缩短检测时间与电机全电机速度振动的障碍,这对于驾驶员来说是紧急情况。下一步操作至关重要。

对于方向控制,潜在场算法提供道路的生成。在完成道路计算之后,系统指示驾驶员如何转弯以保持车辆的方向并避开障碍物。驾驶员通过耳机和LabVIEW语音合成软件获取信息,以了解方向盘需要转动多少“咔嗒”声。连接到转向柱的机构每五度发出一声“嘟嘟”声,提供准确的反馈声音。

此外,我们开发了一种触觉地图原型,其概念上类似于再生盲文的高分辨率网格。地图显示驾驶员手上周围环境的图像。类似于曲棍球台中的小孔,压缩空气穿过小孔以描绘激光测距仪检测到的周围障碍物,从而生成物理图。该设备,我们称之为AirPix,允许驾驶员“看到”周围环境并安全驾驶。声音和振动触觉NVDI仍然需要备份,但触觉地图技术提供的高带宽感应功能允许驾驶员使用其他驾驶风格,例如通过语音识别软件收听和使用GPS,以实现更高水平的道路规划。

NI硬件和软件的优点

我们使用NI软化硬件设计了世界上第一款盲驱车辆原型。凭借有限的资金和开发时间,NI产品是成功项目的关键,提供易于使用,低成本的原型设计平台。 LabVIEW直观的图形化编程接口使机械工程团队能够快速高效地创建自定义嵌入式软件,而无需任何文本编程语言专业知识。CompactRIO与I/O模块的模块化设计和连接,结合LabVIEW与外部设备的广泛兼容性,确保了未来扩展和改进的最小工作量和成本。实时FPGA处理目标提供高速数据采集和处理功能,可有效捕获实时驾驶环境中的关键数据。除了外围设备的兼容性外,CompactRIO的便捷尺寸和重量轻,是空间和负载有限的盲人驾驶车辆的理想选择。

NI模块化产品是各种重复原型应用的理想选择,适用于特殊,苛刻的测试环境,车辆平台变更和项目目标。通过使用多功能和多功能的NI硬件和软件,弗吉尼亚理工学院盲人驾驶挑战赛继续在盲人应用技术领域“创造未来”。

衍生技术和未来计划

在2008-2009学年之后的几个月里,弗吉尼亚理工学院盲人驾驶挑战赛为全国各地30多个盲人和视障人士提供了开车的机会。无论是第一次坐在方向盘前,还是多年后重新驾驶汽车,他们的反应都非常积极和充满希望。国内外媒体的报道引起了人们对盲人能力的浓厚兴趣,也激发了人们对各领域新盲应用技术的合作研究和开发的兴趣。

各种潜在的衍生技术是设计过程的重点。由于这些设备已被证明可有效支持盲车,我们可以想象这些设备可以使其他驾驶员受益,例如能见度差,打电话或发送和接收短信,打瞌睡和其他注意力。分散的司机。我们能够为所有类型的驾驶环境设计早期预警设备和碰撞缓解系统,尤其是在恶劣天气条件或低能见度环境中。

除了汽车应用之外,在触觉人机接口设备领域中存在潜在的应用,尤其是盲人行人。非可视界面可以容易地部署到飞机的驾驶舱中,并且当前的技术允许驾驶员严重依赖视觉能力。在高度饱和的视觉环境中发送高带宽的其他感知信息将极大地增强飞行员的环境感知,这是操作任何车辆的关键。虽然我们不太可能在未来许多年内看到盲目的驱动因素,但潜在的衍生技术可以立即应用于各个领域。

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