城軌站內導盲機器人的研究分析

摘 要：城軌站內導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能力。本文結合實際對城軌站內導盲機器人的研究現狀和主要創新技術等問題進行了總結和分析。

關鍵詞：城軌交通 導盲機器人 調查 研究

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

近年來，我國城市軌道交通發展迅速，因其安全、舒適、快捷等優勢已經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導盲機器人的研發力度。長春職業技術學院城市軌道交通專業也成立了“城軌車站站內導盲機器人設計研究”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 城軌站內導盲機器人的研究目的及意義

我國衛生部統計結果顯示，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。但對于路況比較復雜時，僅靠盲杖則無法保證他們出行安全的。因此開發一種性價比較高的城軌站內使用的導盲機器人，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。導盲機器人的設計與實現體現了全社會對殘疾人群體的關注與關懷，具有重大的社會意義。

2 導盲機器人的研究現狀分析

目前世界上對導盲機器人的研究，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，是早期的導盲機器。它以盲人可以接受的形式將傳感器的偵測結果傳達給盲人，讓盲人在環境中具有比較安全及快速的行動能力。

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

（3）導引式手杖行進輔具。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輪的移動式平臺。它舍棄了動力裝置，如馬達、齒輪機構、驅動器、電池、控制卡等，可充分減少機器的體積重量及盲人的負擔；具有智能感測系統，重點在位置估測、路徑規劃、軌跡追蹤、障礙物閃避等感測系統與導航輔助技術上進行了設計。如Nurion—Raycal公司所研發的雷射手杖（LaserCane）以及北京理工大學研制的“導盲杖”。

（4）移動式行進輔具。即導盲機器人，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，可以在復雜的環境中自主行進，能完成位置估測、路徑規劃、軌跡追蹤、障礙物閃避等等復雜的過程。如日本山梨大學研制的智能手推車ROTA以及美國匹茲堡卡耐基梅隆大學研制的一款適合于老年人以及視障者的機器人。其中前三種導盲機器更注重局部性閃避障礙物而不考慮全面性導航，其導盲能力遠遠小于導盲機器人。

3 研究目標及主要內容

3.1 研究目標

（1）全面分析機器人的工作環境與行進要求，建立全方位組成的全向移動機構。

（2）建立全方位移動機構的路況分析所需的數據、建模和策略，進行路況分析的參數數據模型的設計。

（3）建立簡潔高效的人機交互模式。

3.2 主要內容

（1）路況判斷模塊，導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，保證導盲機器人穩定行進。

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

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

4 城軌站內導盲機器人研究的可行性分析

現在國內外對導盲機器人的研究已有一定的成果，先進的傳感器、模糊控制、人工智能等技術的發展為完善導盲機器人的功能提供了可能。雖然車站內涉及進站、登車、出站等外界不具備的情況，但是現有技術完全具有實現的可能，站內導盲機器人是具有技術上的可行性的。

5 城軌站內導盲機器人研究的關鍵技術和主要步驟

5.1 關鍵技術

（1）多傳感器技術，涉及到多傳感器的選擇問題以及多傳感器的數據融合技術。

（2）行進機械設計，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新，引入盲文、聲音、震動等。

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

5.2 主要步驟

（1）企業調研及文獻資料查閱。首先要了解輕軌車站站內情況，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，以便確認導盲機器人的使用環境及路況判斷模塊的研究方向；然后進行導盲機器人研究的可行性分析。

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

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

（4） 完成行進機械模塊研究，包括機械結構分析設計；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，硬件系統設計；控制系統軟件設計及主控系統設計。

（6）樣機實驗：主要包括控制系統硬件與軟件的調試；機器人樣機現場實驗和實驗結果分析等。

研究結果表明，城軌站內導盲機器人的使用，對視障者和城軌企業來說是雙贏的，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的經濟效益和服務能力。可見，站內導盲機器人的應用具有廣闊前景。

參考文獻

[1]謝存禧，張鐵.機器人技術及其應用[M].機械工業出版社，2005，8.

[2]韓雪峰.導盲機器人[D].哈爾濱工程大學，2009.