城軌站內(nèi)導(dǎo)盲機器人的研究分析

摘 要：城軌站內(nèi)導(dǎo)盲機器人可以很好地幫助視障者完成進站、登車、出站等一系列過程，提高城市軌道交通對弱勢群體的服務(wù)能力。本文結(jié)合實際對城軌站內(nèi)導(dǎo)盲機器人的研究現(xiàn)狀和主要創(chuàng)新技術(shù)等問題進行了總結(jié)和分析。

關(guān)鍵詞：城軌交通 導(dǎo)盲機器人 調(diào)查 研究

中圖分類號：TP242.6 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）05（b）-0006-01

近年來，我國城市軌道交通發(fā)展迅速，因其安全、舒適、快捷等優(yōu)勢已經(jīng)逐漸成為人們出行的主要方式。但視障者很少利用這種方式出行，主要因為乘坐城市軌道交通車輛時涉及到進站、登車、出站等一系列過程，盲人很難獨自完成。導(dǎo)盲機器人可以很好地幫助視障者完成這一過程，有效提高了城市軌道交通對弱勢群體的服務(wù)能力。因此城市軌道交通部門及廣大科研工作者都加大了對城軌站內(nèi)導(dǎo)盲機器人的研發(fā)力度。長春職業(yè)技術(shù)學(xué)院城市軌道交通專業(yè)也成立了“城軌車站站內(nèi)導(dǎo)盲機器人設(shè)計研究”項目組，并與長春輕軌集體一起對此進行了深入廣泛的研究，取得了一定成果。

1 城軌站內(nèi)導(dǎo)盲機器人的研究目的及意義

我國衛(wèi)生部統(tǒng)計結(jié)果顯示，中國有視力殘疾患者近1200萬人，是世界上盲人最多的國家。目前這些視障者出行時主要的輔助工具仍然是最原始的盲杖。盲杖可以幫助視力障礙者對前方的路面狀況進行簡單的判斷。但對于路況比較復(fù)雜時，僅靠盲杖則無法保證他們出行安全的。因此開發(fā)一種性價比較高的城軌站內(nèi)使用的導(dǎo)盲機器人，將城市軌道交通這一新興的交通方式引入到視障者的生活中，幫助視障者更好地生活。導(dǎo)盲機器人的設(shè)計與實現(xiàn)體現(xiàn)了全社會對殘疾人群體的關(guān)注與關(guān)懷，具有重大的社會意義。

2 導(dǎo)盲機器人的研究現(xiàn)狀分析

目前世界上對導(dǎo)盲機器人的研究，大致有以下幾類。

（1）電子式行進輔具。它是一種裝有傳感器的小型電子裝置，是早期的導(dǎo)盲機器。它以盲人可以接受的形式將傳感器的偵測結(jié)果傳達(dá)給盲人，讓盲人在環(huán)境中具有比較安全及快速的行動能力。

（2）穿戴式行進輔具。它將導(dǎo)盲機器的避障系統(tǒng)直接穿戴在盲人身上，盲人成為半被動地接受避障系統(tǒng)命令的運動載具，可為盲人提供更靈活的行動能力。如美國大學(xué)機器人實驗室Shoval開發(fā)的腰帶式行動輔具。

（3）導(dǎo)引式手杖行進輔具。是在拐杖的末梢接上一個裝有許多傳感器、小型控制計算機并在下方裝有導(dǎo)輪的移動式平臺。它舍棄了動力裝置，如馬達(dá)、齒輪機構(gòu)、驅(qū)動器、電池、控制卡等，可充分減少機器的體積重量及盲人的負(fù)擔(dān)；具有智能感測系統(tǒng)，重點在位置估測、路徑規(guī)劃、軌跡追蹤、障礙物閃避等感測系統(tǒng)與導(dǎo)航輔助技術(shù)上進行了設(shè)計。如Nurion—Raycal公司所研發(fā)的雷射手杖（LaserCane）以及北京理工大學(xué)研制的“導(dǎo)盲杖”。

（4）移動式行進輔具。即導(dǎo)盲機器人，它具備多種傳感器和計算能力強大的控制計算機及高度智能能力，可以在復(fù)雜的環(huán)境中自主行進，能完成位置估測、路徑規(guī)劃、軌跡追蹤、障礙物閃避等等復(fù)雜的過程。如日本山梨大學(xué)研制的智能手推車ROTA以及美國匹茲堡卡耐基梅隆大學(xué)研制的一款適合于老年人以及視障者的機器人。其中前三種導(dǎo)盲機器更注重局部性閃避障礙物而不考慮全面性導(dǎo)航，其導(dǎo)盲能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于導(dǎo)盲機器人。

3 研究目標(biāo)及主要內(nèi)容

3.1 研究目標(biāo)

（1）全面分析機器人的工作環(huán)境與行進要求，建立全方位組成的全向移動機構(gòu)。

（2）建立全方位移動機構(gòu)的路況分析所需的數(shù)據(jù)、建模和策略，進行路況分析的參數(shù)數(shù)據(jù)模型的設(shè)計。

（3）建立簡潔高效的人機交互模式。

3.2 主要內(nèi)容

（1）路況判斷模塊，導(dǎo)盲機器人最重要的一個模塊，用于進行路面狀況和障礙情況的識別判斷，為機器人安全的行進和準(zhǔn)確的路況提示提供信息支持。

（2）行進機械模塊，用于完成不同路況下的機器人行進，保證導(dǎo)盲機器人穩(wěn)定行進。

（3）人機交互模塊，對盲人發(fā)出的指令進行正確的反應(yīng)，并且將控制模塊發(fā)出的提示信息反饋給盲人。

（4）控制模塊，協(xié)調(diào)各模塊間的信息，對盲人的指令，路況信息等進行綜合處理和判斷后，對機器進行準(zhǔn)確的控制，以完成服務(wù)任務(wù)。

4 城軌站內(nèi)導(dǎo)盲機器人研究的可行性分析

現(xiàn)在國內(nèi)外對導(dǎo)盲機器人的研究已有一定的成果，先進的傳感器、模糊控制、人工智能等技術(shù)的發(fā)展為完善導(dǎo)盲機器人的功能提供了可能。雖然車站內(nèi)涉及進站、登車、出站等外界不具備的情況，但是現(xiàn)有技術(shù)完全具有實現(xiàn)的可能，站內(nèi)導(dǎo)盲機器人是具有技術(shù)上的可行性的。

5 城軌站內(nèi)導(dǎo)盲機器人研究的關(guān)鍵技術(shù)和主要步驟

5.1 關(guān)鍵技術(shù)

（1）多傳感器技術(shù)，涉及到多傳感器的選擇問題以及多傳感器的數(shù)據(jù)融合技術(shù)。

（2）行進機械設(shè)計，在運動方式上要有所突破，使機器人不僅適用于平坦地面的行進。

（3）人機交互方式，由于盲人在交流方面存在特殊性，人機交互模式將有所創(chuàng)新，引入盲文、聲音、震動等。

（4）模糊控制技術(shù)，由于現(xiàn)場情況難以建立精確的數(shù)字模型，在機器人的控制系統(tǒng)中將引入模糊控制。

5.2 主要步驟

（1）企業(yè)調(diào)研及文獻資料查閱。首先要了解輕軌車站站內(nèi)情況，如是否有樓梯、自動扶梯、進出站臺是否需要橫跨軌道、盲道情況、各站是否有坡道及車與站臺是否有高度差等，以便確認(rèn)導(dǎo)盲機器人的使用環(huán)境及路況判斷模塊的研究方向；然后進行導(dǎo)盲機器人研究的可行性分析。

（2）總體方案設(shè)計：主要包括導(dǎo)盲機器人總體工作方案設(shè)計；多傳感器檢測方案設(shè)計；系統(tǒng)控制方案設(shè)計；系統(tǒng)機械方案設(shè)計以及車體運動學(xué)分析。

（3）完成路況判斷模塊研究，包括邏輯建模，硬件系統(tǒng)設(shè)計；控制系統(tǒng)軟件設(shè)計以及圖像采集與處理。

（4） 完成行進機械模塊研究，包括機械結(jié)構(gòu)分析設(shè)計；機械模型制作。

（5）完成控制模塊及人機交互模塊研究，包括邏輯建模，硬件系統(tǒng)設(shè)計；控制系統(tǒng)軟件設(shè)計及主控系統(tǒng)設(shè)計。

（6）樣機實驗：主要包括控制系統(tǒng)硬件與軟件的調(diào)試；機器人樣機現(xiàn)場實驗和實驗結(jié)果分析等。

研究結(jié)果表明，城軌站內(nèi)導(dǎo)盲機器人的使用，對視障者和城軌企業(yè)來說是雙贏的，一方面方便了視障者的安全出行；另一方面有效提高了城軌企業(yè)的經(jīng)濟效益和服務(wù)能力?？梢姡緝?nèi)導(dǎo)盲機器人的應(yīng)用具有廣闊前景。

參考文獻

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