采用LabVIEW及CompactRIO为视力障碍人群设计半自动车辆

在当今世界中，科技创新正在不断拓展人类的潜能，尤其是在帮助有特殊需求的人群方面，技术的作用尤为显著。在这一背景下，一款名为“世界首辆盲人驾驶车辆”的功能原型被开发了出来，其目标是为视力障碍人群提供驾驶体验。开发这辆车的过程充分利用了LabVIEW和CompactRIO这两项关键技术。 LabVIEW是一款由美国国家仪器公司（National Instruments，简称NI）开发的图形化编程软件，它提供了一种直观的编程方法，使开发者可以更加快速和便捷地构建复杂的应用程序。LabVIEW的图形化编程语言特别适合于数据采集、仪器控制以及工业自动化等应用，能够与各种硬件设备实现无缝连接。在盲人驾驶车辆的项目中，LabVIEW的这些特性使其成为设计嵌入式软件的理想选择。由于其图形化编程界面的直观性，即使是缺乏专业文本编程语言经验的机械工程大学生团队也能快速有效地创建自定义嵌入式软件。 另一个关键技术是CompactRIO。CompactRIO是NI推出的基于FPGA的嵌入式硬件系统，它具有模块化设计，可用于数据采集、仪器控制以及工业自动化等领域。CompactRIO的硬件具有小巧的尺寸和较低的重量，这对于空间和负载有限的盲人驾驶车辆而言是一个理想的选择。CompactRIO可以处理高速的数据采集和处理任务，这在实时驾驶环境下尤为重要。在原型设计过程中，CompactRIO的模块化设计和与I/O模块的连通性，结合LabVIEW软件，确保了系统在未来扩展与改进时只需要最小的努力和成本。 在盲人驾驶车辆的开发中，Hokuyo UTM-30LX单平面激光测距仪被用作环境探测器，用于扫描驾驶环境中的锥形交通路标和其他障碍物，并将信息传送至NI CompactRIO实时处理器及实时FPGA进行处理。NI设备的驱动程序直接支持Hokuyo LRF产品，这体现了NI在硬件和软件领域的兼容性和前瞻性。 为了向盲人驾驶员提供非视觉驾驶信息，开发团队采用了非视觉驾驶界面（NVDI）。NVDI的目的是最大化驾驶员的环境感知度，帮助他们快速精确地做出驾驶决策。NVDI包括了针对安全性和冗余备份的信息和指示，例如震动触觉背心用于提示驾驶员限速规则和紧急刹车。触觉地图（AirPix）是另一个创新点，通过物理方式（如压缩空气通过小孔）描绘出周围环境的图像，使驾驶员能够通过触觉来感知周围环境。 在盲人驾驶车辆项目中，LabVIEW软件还用于控制电机马达和实现语音合成，从而为盲人驾驶员提供方向控制的反馈。为了实现紧急刹车的快速响应，系统会显著缩短从探测到障碍到电机马达全速振动之间的时间。势场算法用于道路的生成，通过计算如何转向来保持车辆方向并回避障碍物。 整个盲人驾驶车辆项目展示了NI软硬件产品的多功能性和易用性，尤其是在原型开发、快速原型设计、特殊测试环境、车辆平台改变和项目目标转换等方面。这些特性使得项目团队能够在有限的资金和时间内，高效地完成原型机的开发。 通过NI软硬件的使用，弗吉尼亚理工大学盲人驾驶挑战赛不仅成功地创造了世界上首辆盲人驾驶车辆的原型，而且还向超过30位全国各地不同年龄段的失明及弱视者提供了驾驶体验，这充分证明了技术在提升人类生活质量和推动社会进步方面的重要作用。