“溫暖手”導(dǎo)盲機器人

本刊記者/李志剛

創(chuàng)意制作/內(nèi)蒙通遼第五中學(xué) 魏暢 楊詩諾 王同月 指導(dǎo)老師/張晶輝

人類對世界的所有感知70%～80%來自雙眼，當(dāng)眼睛無法感知到外界環(huán)境時，人類便處于一個非常缺乏安全感的世界。所以，盲人的生活非常不便，甚至具有危險性。目前，盲人普遍用的輔助用品主要是白手杖和導(dǎo)盲犬，但是它們都有不足之處：白手杖只能探測到膝蓋以下的障礙物，不能探測盲人身體正前方的障礙物,而且成本很高；訓(xùn)練一只導(dǎo)盲犬大概需要一年半的時間，而且花費太高，需要10萬元到20萬元的費用。

為了幫助盲人的出行，內(nèi)蒙通遼第五中學(xué)機器人小組魏暢、楊詩諾、王同月三位同學(xué)在張晶輝老師的指導(dǎo)下，設(shè)計制作一個低成本、實用型、為盲人帶來便利、進入家庭的導(dǎo)盲機器人。

為了更真實地體驗盲人生活、制作出更適合盲人使用的機器人，三位同學(xué)扮演盲人，在有人協(xié)助的情況下行走。在實驗中，同學(xué)們發(fā)現(xiàn)導(dǎo)盲的實質(zhì)就是通過語音的方式，簡潔地告訴盲人，在道路上行走時前方的危險信息。不管是人類，還是導(dǎo)盲犬，其實都是用這樣的方式來實現(xiàn)導(dǎo)盲的。通過這次實踐，同學(xué)們達成共識，決定制作一款仿生功能的導(dǎo)盲機器人，主要使用避障傳感器發(fā)現(xiàn)障礙物，通過語音提示給盲人。

實用型導(dǎo)盲機器人包括三部分：帽子、盲杖、防護馬甲。

考慮到制作成本，同學(xué)們決定使用紅外避障探測器。首先，同學(xué)們做了一個測試紅外避障傳感器的實驗。在有光亮的屋子中，用探測器來探測一面墻，探測距離為65cm。然后在黑暗的屋子中，在不改變探測強度的條件下，用探測器探測同一障礙物，探測距離僅18cm。實驗結(jié)果說明，在暗環(huán)境下，紅外避障探測器的探測效果并不強，甚至探測不到障礙物。

帽子是整個機器人的探測器中樞所在，為了避免紅外避障探測器的缺點，同學(xué)們在帽子上安裝了一個光敏探測器及探照燈。當(dāng)外界環(huán)境較暗時，探測器會報警，提示盲人打開探測燈，以免影響探測效果。帽子上的探測器只能探測胸部以上的障礙物，所以必須有盲杖的有機結(jié)合，來補充探測器的不足。

同學(xué)們在帽子內(nèi)制作了一個夾層，用以承載主機盒的重量。在帽子上方的水平位置安裝了三個紅外避障探測器，分別探測左、前、右三個方向的障礙物。紅外傳感器的探測距離是可以調(diào)節(jié)和設(shè)定的，正前方最長，為2倍手臂的距離；左側(cè)的稍短，為1.5倍手臂長；右側(cè)的最短，稍長于1倍手臂。同學(xué)們將前方的條件判斷設(shè)為最優(yōu)先級，因為對于盲人來說，最危險的是處于正前方的障礙物，最直面及最近距離，提示音會尖銳且響亮。根據(jù)右側(cè)通行的交通規(guī)則，盲杖大多是右手使用，所以右前方探測器的探測距離是三個探測器中最短的，相對較遠(yuǎn)，提示音輕緩柔和。

溫暖手導(dǎo)盲機器人頭盔中樞

溫暖手草圖

防護馬甲能夠抵擋一定程度的傷害，同學(xué)們特意在馬甲的前面添加了一些緩沖材料，主要保護前胸。主機盒安裝在背部，為了便于盲人在夜晚出行，背部的兩側(cè)加入兩條LED燈帶，主要為其他人做一個提醒，注意這里有盲人需要關(guān)照。同學(xué)們制作了一個傾斜角度測試傳感器，安裝在側(cè)腰部分，通過傳感器數(shù)值來表示盲人的行走狀態(tài)，比如傳感器數(shù)值為1，就代表盲人已跌倒。塑料管的傾斜角度是特意調(diào)整的，塑料管的傾斜角度是摔倒和彎腰的一個臨界點，不會造成盲人稍做小范圍動作時，誤觸發(fā)安全裝置。