“溫暖手”導(dǎo)盲機(jī)器人
人類對(duì)世界的所有感知70%~80%來(lái)自雙眼,當(dāng)眼睛無(wú)法感知到外界環(huán)境時(shí),人類便處于一個(gè)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(xiǎn)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(cè)到膝蓋以下的障礙物,不能探測(cè)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(shí)間,而且花費(fèi)太高,需要10萬(wàn)元到20萬(wàn)元的費(fèi)用。
為了幫助盲人的出行,內(nèi)蒙通遼第五中學(xué)機(jī)器人小組魏暢、楊詩(shī)諾、王同月三位同學(xué)在張晶輝老師的指導(dǎo)下,設(shè)計(jì)制作一個(gè)低成本、實(shí)用型、為盲人帶來(lái)便利、進(jìn)入家庭的導(dǎo)盲機(jī)器人。

溫暖手導(dǎo)盲機(jī)器人頭盔中樞
為了更真實(shí)地體驗(yàn)盲人生活、制作出更適合盲人使用的機(jī)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(shí)驗(yàn)中,同學(xué)們發(fā)現(xiàn)導(dǎo)盲的實(shí)質(zhì)就是通過語(yǔ)音的方式,簡(jiǎn)潔地告訴盲人,在道路上行走時(shí)前方的危險(xiǎn)信息。不管是人類,還是導(dǎo)盲犬,其實(shí)都是用這樣的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)盲的。通過這次實(shí)踐,同學(xué)們達(dá)成共識(shí),決定制作一款仿生功能的導(dǎo)盲機(jī)器人,主要使用避障傳感器發(fā)現(xiàn)障礙物,通過語(yǔ)音提示給盲人。
實(shí)用型導(dǎo)盲機(jī)器人包括三部分:帽子、盲杖、防護(hù)馬甲。
考慮到制作成本,同學(xué)們決定使用紅外避障探測(cè)器。首先,同學(xué)們做了一個(gè)測(cè)試紅外避障傳感器的實(shí)驗(yàn)。在有光亮的屋子中,用探測(cè)器來(lái)探測(cè)一面墻,探測(cè)距離為65cm。然后在黑暗的屋子中,在不改變探測(cè)強(qiáng)度的條件下,用探測(cè)器探測(cè)同一障礙物,探測(cè)距離僅18cm。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明,在暗環(huán)境下,紅外避障探測(cè)器的探測(cè)效果并不強(qiáng),甚至探測(cè)不到障礙物。

溫暖手草圖
帽子是整個(gè)機(jī)器人的探測(cè)器中樞所在,為了避免紅外避障探測(cè)器的缺點(diǎn),同學(xué)們?cè)诿弊由习惭b了一個(gè)光敏探測(cè)器及探照燈。當(dāng)外界環(huán)境較暗時(shí),探測(cè)器會(huì)報(bào)警,提示盲人打開探測(cè)燈,以免影響探測(cè)效果。帽子上的探測(cè)器只能探測(cè)胸部以上的障礙物,所以必須有盲杖的有機(jī)結(jié)合,來(lái)補(bǔ)充探測(cè)器的不足。
同學(xué)們?cè)诿弊觾?nèi)制作了一個(gè)夾層,用以承載主機(jī)盒的重量。在帽子上方的水平位置安裝了三個(gè)紅外避障探測(cè)器,分別探測(cè)左、前、右三個(gè)方向的障礙物。紅外傳感器的探測(cè)距離是可以調(diào)節(jié)和設(shè)定的,正前方最長(zhǎng),為2倍手臂的距離;左側(cè)的稍短,為1.5倍手臂長(zhǎng);右側(cè)的最短,稍長(zhǎng)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(jí),因?yàn)閷?duì)于盲人來(lái)說(shuō),最危險(xiǎn)的是處于正前方的障礙物,最直面及最近距離,提示音會(huì)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(cè)器的探測(cè)距離是三個(gè)探測(cè)器中最短的,相對(duì)較遠(yuǎn),提示音輕緩柔和。
防護(hù)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(hù)前胸。主機(jī)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(gè)提醒,注意這里有盲人需要關(guān)照。同學(xué)們制作了一個(gè)傾斜角度測(cè)試傳感器,安裝在側(cè)腰部分,通過傳感器數(shù)值來(lái)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(gè)臨界點(diǎn),不會(huì)造成盲人稍做小范圍動(dòng)作時(shí),誤觸發(fā)安全裝置。
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