萬夢影

(安徽三聯(lián)學(xué)院,安徽 合肥 230601)

0 引言

隨著社會的日益發(fā)展及科學(xué)的進步,人們的物質(zhì)生活水平已經(jīng)有了進一步的提高。從工廠流水線上的智能機械手到人們?nèi)粘Ｉ钪械母黝惙?wù)機器人,智能化設(shè)計給人類生活帶來的便利使越來越多的人愿意去接受它,同時隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,智能機器人的性價比也愈發(fā)為大眾所青睞。

調(diào)查顯示,智能化信息時代給人們的生活帶來了很多便利,但還是有相當(dāng)一部分弱勢群體并沒能充分地享受到這些便利,而他們自己本身也迫切地想要并且希望有相關(guān)產(chǎn)品誕生。從此方向立足出發(fā)設(shè)想,本團隊立志開發(fā)一種適用于弱勢殘障群體的智能設(shè)備。

智能導(dǎo)盲犬的項目雛形已初步有了設(shè)想。這種導(dǎo)盲犬意在幫助盲人,尤其是一些情況特殊的盲人(比如:家中有成員“狗毛過敏”無法飼養(yǎng)導(dǎo)盲犬),使他們的日常生活更加便捷。

調(diào)查顯示一只導(dǎo)盲犬的價格在15 到20 萬,這其中還不包括日常飼養(yǎng)和相關(guān)的病理檢查。這對于大部分家庭來說并不是一份小的支出,這大概也是導(dǎo)盲犬在日常生活中很少見的一個原因。而對目前的科學(xué)技術(shù)水平以及相關(guān)科技產(chǎn)品的價格調(diào)查可得,開發(fā)一只智能導(dǎo)盲犬的價格并不會過高,并且隨著技術(shù)的熟練并且隨著技術(shù)的成熟,其價格更能為大部分人所接受。

同時,調(diào)查發(fā)現(xiàn),導(dǎo)盲犬在我國的發(fā)展處于起步階段,我國殘疾人總數(shù)為6 000 萬,視障者為877 萬。這充分說明現(xiàn)在的社會對導(dǎo)盲犬的需求量非常大。但由于普通的導(dǎo)盲犬訓(xùn)練成本高、訓(xùn)練困難,以及缺少專業(yè)訓(xùn)練人員等種種難題,智能導(dǎo)盲犬一旦成功將給人們的生活尤其是視障人員的生活帶來莫大的便捷。

1 設(shè)計構(gòu)思及原理

智能導(dǎo)盲犬是一款多功能智能導(dǎo)盲機器人,是為了滿足一些特別弱勢群體的生活需要而提出的?？偟膩碚f,它的功能主要由智能導(dǎo)航系統(tǒng)、紅外線感受系統(tǒng)以及常規(guī)的報警系統(tǒng)4 部分組成。從智能導(dǎo)航系統(tǒng)來看,其主要由以下兩部分構(gòu)成[1]。

1.1 路徑導(dǎo)航

路徑導(dǎo)航即通過添加所行路徑(考慮語音識別功能)以及起始點與目的地的定點位置事實導(dǎo)航與為了防止變故的其他輔助功能相結(jié)合,來實現(xiàn)導(dǎo)航和辨別路障的功能。本研究利用“激光導(dǎo)航”與“視覺導(dǎo)航”相結(jié)合構(gòu)成輔助功能。激光導(dǎo)航通過眼部設(shè)置的可旋轉(zhuǎn)的激光發(fā)射頭以及配套的接收器,利用激光測距的方法生成數(shù)字地圖。智能導(dǎo)盲犬在此基礎(chǔ)上合理地規(guī)劃行走路線。此功能還能根據(jù)環(huán)境的改變實現(xiàn)實時更新。

1.2 視覺導(dǎo)航

視覺導(dǎo)航就是通過頭部安裝的攝像頭掃描周圍的環(huán)境,再與紅外傳感器相結(jié)合,利用數(shù)學(xué)運算和幾何模型構(gòu)建相結(jié)合的方法3D 繪制周圍環(huán)境的地圖,并根據(jù)實時位置的改變隨時判斷更新移動路徑,對其所構(gòu)建的3D 地圖模型進行更新與調(diào)整。

智能導(dǎo)盲犬通過這兩種導(dǎo)航方式同時辨別路徑,保證了行走路徑的可行性。同時考慮到人群密集處的不穩(wěn)定因素,為了更好地躲避行人以及其他動物,保護使用者的安全,智能導(dǎo)盲犬的身上和腿上將添加紅外線感受器。紅外線感受器主要由發(fā)送和接收裝置組成,兩個感受器相對放置。當(dāng)紅外線感受器感受到障礙物的存在時(這里我們主要針對活體障礙物,即人和動物),智能導(dǎo)盲犬就會及時做出反應(yīng),停止前進?？紤]到過馬路問題,智能導(dǎo)盲犬可借助“電子狗”來實現(xiàn)路況的提前監(jiān)控,以增加路徑的安全性[2]。

同樣的,為了更好地實現(xiàn)導(dǎo)航功能,本設(shè)計可以再添加語音更新路況的功能,提醒使用者,前方有障礙物。除此以外,在手持把上,本設(shè)計支持定位系統(tǒng)以及特殊的“SOS”求救警報。智能導(dǎo)盲犬的定位系統(tǒng)主要與家人的手機相關(guān)聯(lián),讓家人可以隨時確定使用者的所在位置,而“SOS”求救警報在向附近人發(fā)出呼救的同時也會向家人的手機發(fā)送求救信息。對于“SOS”的觸發(fā),則包括兩種情況。一是人為手動觸發(fā),二是智能導(dǎo)盲犬發(fā)生故障或者受到猛烈撞擊時會自動觸發(fā)。同時,為了滿足老年消費者的需要,智能導(dǎo)盲犬還另外添加了一些小的收音機功能以及簡單的查詢功能(例如天氣查詢),考慮到使用人群的特殊性,智能導(dǎo)盲犬的所有功能喚醒都支持語音喚醒[3]。智能導(dǎo)盲犬概念如圖1 所示。

圖1 “智能導(dǎo)盲犬”概念

2 與普通導(dǎo)盲犬對比分析

2.1 數(shù)量對比

據(jù)2018 年《世界衛(wèi)生組織》發(fā)布數(shù)據(jù),在全球范圍內(nèi)約有3 600 萬人失明,中國約有盲人600 萬～700 萬人,占世界盲人總數(shù)的18%,另有雙眼低視力患者1 200 萬。而在這龐大的基數(shù)下,中國可用的導(dǎo)盲犬?dāng)?shù)量只有寥寥的幾百余只,顯然我國的導(dǎo)盲犬正處于供不應(yīng)求的狀態(tài)。換句話來說,采用工業(yè)生產(chǎn)方式的智能導(dǎo)盲犬一旦投入市場不僅可以在國內(nèi)市場占有一定地位,在國外也會受歡迎。

2.2 使用范圍對比

就目前國內(nèi)來說,雖然法律上允許盲人攜帶導(dǎo)盲犬進入公共場所,但從社會反應(yīng)來看,還是存在很多不可避免的問題,而機械化的智能導(dǎo)盲犬則很好地填補了這塊空缺。如果家中有視力障礙者的同時又有家庭成員對狗毛過敏,顯然,這個時候一只“不會掉毛”的智能導(dǎo)盲犬更符合生活需要。

2.3 安全性對比

雖然導(dǎo)盲犬受過專業(yè)的訓(xùn)練,但作為生物它們還是會存在生理上難以克服的問題。導(dǎo)盲犬在工作時,會認(rèn)真觀察周邊環(huán)境,提前做好路線規(guī)劃,如避開水坑、停下來等紅綠燈等。但如果這時候有人伸手去撫摸它或者呼喚它,就很容易讓導(dǎo)盲犬的注意力分散,導(dǎo)致其做出錯誤判斷,偏離路線。對于視力障礙者來說,這可能會造成極大的安全隱患。而智能導(dǎo)盲犬受芯片控制,它的一舉一動受外界干擾的可能性微乎其微,再加上內(nèi)設(shè)的SOS 求救系統(tǒng),其安全性將遠勝于普通導(dǎo)盲犬[4]。

2.4 導(dǎo)航功能對比

導(dǎo)盲犬并不是導(dǎo)航,普通的導(dǎo)盲犬主要用于帶領(lǐng)盲人避開障礙物。如果你想讓它帶你去一個地方,必須有人事先帶它把路線多走幾遍,讓它記住路線才可以。換句話來說,讓導(dǎo)盲犬帶你去一個陌生的目的地是無法實現(xiàn)的,而智能導(dǎo)盲犬則可以滿足這一需求。語音搜索目的地,再規(guī)劃與目的地之間的最優(yōu)路線,智能導(dǎo)盲犬通過把路徑導(dǎo)航與視覺導(dǎo)航相結(jié)合,完美地實現(xiàn)了出發(fā)點與目的地之間的安全導(dǎo)航功能。

3 技術(shù)路線、擬解決的問題及預(yù)期成果

3.1 技術(shù)路線

智能導(dǎo)盲犬主要涵蓋了導(dǎo)航、定位、3D 建模、智能語音、電子狗(主要由雷達、GPS 定位、中央處理器和智能測速系統(tǒng)組成)、紅外線感應(yīng)、SOS 報警系統(tǒng)等技術(shù)。從技術(shù)上來說,智能導(dǎo)盲犬雖然是作為新型智能寵物類機器人來研發(fā),但智能導(dǎo)盲犬所涉及的技術(shù)都是國內(nèi)現(xiàn)有的,并且已經(jīng)相當(dāng)成熟。因此,智能導(dǎo)盲犬的實現(xiàn)具有技術(shù)上的可行性,可以作為一個新型的機器人來投入市場,走入大眾視野。

3.2 擬解決問題

智能導(dǎo)盲犬如果正式投入生產(chǎn)不僅可以解決目前世界上導(dǎo)盲犬少且貴的問題,并且針對一些存在動物毛發(fā)過敏的家庭成員的盲人家庭,智能導(dǎo)盲犬會給他們的生活帶來莫大的便捷。同時,智能導(dǎo)盲犬也會解決中國乃至世界上一大批視力障礙人群的日常出行問題。

3.3 預(yù)期成果

智能導(dǎo)盲犬項目旨在服務(wù)社會,幫助弱勢群體,是一項符合國家創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開發(fā)共享的發(fā)展理念的設(shè)計。智能導(dǎo)盲犬一旦正式投入市場將解決一大批視弱殘障人士的生活出行問題,也將解決目前國內(nèi)導(dǎo)盲犬稀缺的問題。而對目前的科學(xué)技術(shù)水平以及相關(guān)科技產(chǎn)品的價格調(diào)查可知,開發(fā)一只智能導(dǎo)盲犬的價格并不會過高,并且隨著技術(shù)的熟練,其價格相較于普通導(dǎo)盲犬更能為大部分人所接受。相對于普通的導(dǎo)盲犬,智能導(dǎo)盲犬一旦真正投入市場,將會迎來家用型智能機器人的時代,會有越來越多的人感受到科技給日常生活帶來的便利。

4 結(jié)語

智能導(dǎo)盲犬可以緩解目前國內(nèi)乃至世界上導(dǎo)盲犬供不應(yīng)求的問題,在解決大部分視障人群的出行問題的同時也解決了部分殘障人士無法飼養(yǎng)導(dǎo)盲犬或與導(dǎo)盲犬共處的問題,滿足現(xiàn)代新型社會的發(fā)展需要。除此以外,智能導(dǎo)盲犬項目符合現(xiàn)代社會大力支持的公益性的項目開發(fā)的主題,符合社會的需要,促進社會的發(fā)展,提高人民的幸福感。