《科技创新与品牌》杂志社奇思妙想

“温暖手”导盲机器人

  人类对世界的所有感知70%~80%来自双眼,当眼睛无法感知到外界环境时,人类便处于一个非常缺乏安全感的世界。所以,盲人的生活非常不便,甚至具有危险性。目前,盲人普遍用的辅助用品主要是白手杖和导盲犬,但是它们都有不足之处:白手杖只能探测到膝盖以下的障碍物,不能探测盲人身体正前方的障碍物,而且成本很高;训练一只导盲犬大概需要一年半的时间,而且花费太高,需要10万元到20万元的费用。 
  为了帮助盲人的出行,内蒙通辽第五中学机器人小组魏畅、杨诗诺、王同月三位同学在张晶辉老师的指导下,设计制作一个低成本、实用型、为盲人带来便利、进入家庭的导盲机器人。

温暖手导盲机器人头盔中枢


  为了更真实地体验盲人生活、制作出更适合盲人使用的机器人,三位同学扮演盲人,在有人协助的情况下行走。在实验中,同学们发现导盲的实质就是通过语音的方式,简洁地告诉盲人,在道路上行走时前方的危险信息。不管是人类,还是导盲犬,其实都是用这样的方式来实现导盲的。通过这次实践,同学们达成共识,决定制作一款仿生功能的导盲机器人,主要使用避障传感器发现障碍物,通过语音提示给盲人。
  实用型导盲机器人包括三部分:帽子、盲杖、防护马甲。
  考虑到制作成本,同学们决定使用红外避障探测器。首先,同学们做了一个测试红外避障传感器的实验。在有光亮的屋子中,用探测器来探测一面墙,探测距离为65cm。然后在黑暗的屋子中,在不改变探测强度的条件下,用探测器探测同一障碍物,探测距离仅18cm。实验结果说明,在暗环境下,红外避障探测器的探测效果并不强,甚至探测不到障碍物。

温暖手草图


  帽子是整个机器人的探测器中枢所在,为了避免红外避障探测器的缺点,同学们在帽子上安装了一个光敏探测器及探照灯。当外界环境较暗时,探测器会报警,提示盲人打开探测灯,以免影响探测效果。帽子上的探测器只能探测胸部以上的障碍物,所以必须有盲杖的有机结合,来补充探测器的不足。
  同学们在帽子内制作了一个夹层,用以承载主机盒的重量。在帽子上方的水平位置安装了三个红外避障探测器,分别探测左、前、右三个方向的障碍物。红外传感器的探测距离是可以调节和设定的,正前方最长,为2倍手臂的距离;左侧的稍短,为1.5倍手臂长;右侧的最短,稍长于1倍手臂。同学们将前方的条件判断设为最优先级,因为对于盲人来说,最危险的是处于正前方的障碍物,最直面及最近距离,提示音会尖锐且响亮。根据右侧通行的交通规则,盲杖大多是右手使用,所以右前方探测器的探测距离是三个探测器中最短的,相对较远,提示音轻缓柔和。
  防护马甲能够抵挡一定程度的伤害,同学们特意在马甲的前面添加了一些缓冲材料,主要保护前胸。主机盒安装在背部,为了便于盲人在夜晚出行,背部的两侧加入两条LED灯带,主要为其他人做一个提醒,注意这里有盲人需要关照。同学们制作了一个倾斜角度测试传感器,安装在侧腰部分,通过传感器数值来表示盲人的行走状态,比如传感器数值为1,就代表盲人已跌倒。塑料管的倾斜角度是特意调整的,塑料管的倾斜角度是摔倒和弯腰的一个临界点,不会造成盲人稍做小范围动作时,误触发安全装置。