现代机器人白手杖为21世纪带来导航辅助

配备彩色3D摄像头、惯性测量传感器和自己的车载计算机,新改进的机械手杖可以为盲人和视障用户提供一种在室内导航的新方式。当与建筑物的建筑图纸配对时,该设备可以通过感官和听觉线索准确地将用户引导到所需的位置,同时帮助用户避开盒子、家具和悬垂物等障碍物。该设备的开发由国立卫生研究院国家眼科研究所(NEI)和国家生物医学成像与生物工程研究所(NIBIB)共同资助。更新设计的详细信息发表在IEEE/CAAJournalofAutomaticaSinica杂志上。

该研究的第一作者、计算机科学教授苍叶博士说:“尽管这是一项具有百年历史的技术,但视障社区中的许多人都认为白手杖是他们最好、最实用的导航工具。”在弗吉尼亚邦大学工程学院,里士满。“对于视力正常的人来说,基于GPS的应用等技术已经彻底改变了导航。我们有兴趣创建一种设备,为白手杖用户弥补功能上的许多差距。”

虽然有基于手机的应用程序可以提供导航帮助——例如,帮助盲人用户留在人行横道内——但建筑物内的大空间是一项重大挑战,尤其是当这些空间不熟悉时。Ye早期版本的机械手杖开始通过合并建筑平面图来解决这个问题。用户可以告诉手杖他或她是否愿意去,而手杖——通过结合听觉线索和机器人滚动提示——可以引导用户到达目的地。但是当长距离使用时,用户位置的不准确可能会增加,最终使用户处于不正确的位置。

为了帮助纠正这个问题,叶和同事在系统中添加了一个彩色深度摄像头。使用红外光,就像手机的前置摄像头一样,系统可以确定手杖与其他物理物体之间的距离,包括地板、门口和墙壁等特征,以及家具和其他障碍物。使用这些信息以及来自惯性传感器的数据,手杖的机载计算机可以将用户的精确位置映射到现有的建筑图纸或平面图,同时提醒用户注意路径中的障碍物。

“虽然一些手机应用程序可以为人们提供听觉导航指令,但例如在拐角处时,你怎么知道你转的量恰到好处?”叶说。“我们的机器人手杖上的滚动尖端可以引导您在正确的点和准确的度数转动,无论是15度还是90度。这个版本还可以提醒您注意悬垂的障碍物,这是标准的白色手杖无法做到的。”

在该系统投入市场之前,仍有一些问题需要解决——例如,它对于经常使用来说仍然太重,而Ye的团队正在寻找一种方法来减轻设备的重量。尽管如此,由于能够在其自动模式和更简单的非机器人“白手杖模式”之间轻​​松切换,叶认为该设备可以为盲人和视障人士提供关键的独立工具,而不会失去白手杖的特性经得起时间的考验。

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