智能导盲犬的设计与应用

万梦影

(安徽三联学院,安徽 合肥 230601)

0 引言

随着社会的日益发展及科学的进步,人们的物质生活水平已经有了进一步的提高。从工厂流水线上的智能机械手到人们日常生活中的各类服务机器人,智能化设计给人类生活带来的便利使越来越多的人愿意去接受它,同时随着科学技术的发展,智能机器人的性价比也愈发为大众所青睐。

调查显示,智能化信息时代给人们的生活带来了很多便利,但还是有相当一部分弱势群体并没能充分地享受到这些便利,而他们自己本身也迫切地想要并且希望有相关产品诞生。从此方向立足出发设想,本团队立志开发一种适用于弱势残障群体的智能设备。

智能导盲犬的项目雏形已初步有了设想。这种导盲犬意在帮助盲人,尤其是一些情况特殊的盲人(比如:家中有成员“狗毛过敏”无法饲养导盲犬),使他们的日常生活更加便捷。

调查显示一只导盲犬的价格在15 到20 万,这其中还不包括日常饲养和相关的病理检查。这对于大部分家庭来说并不是一份小的支出,这大概也是导盲犬在日常生活中很少见的一个原因。而对目前的科学技术水平以及相关科技产品的价格调查可得,开发一只智能导盲犬的价格并不会过高,并且随着技术的熟练并且随着技术的成熟,其价格更能为大部分人所接受。

同时,调查发现,导盲犬在我国的发展处于起步阶段,我国残疾人总数为6 000 万,视障者为877 万。这充分说明现在的社会对导盲犬的需求量非常大。但由于普通的导盲犬训练成本高、训练困难,以及缺少专业训练人员等种种难题,智能导盲犬一旦成功将给人们的生活尤其是视障人员的生活带来莫大的便捷。

1 设计构思及原理

智能导盲犬是一款多功能智能导盲机器人,是为了满足一些特别弱势群体的生活需要而提出的。总的来说,它的功能主要由智能导航系统、红外线感受系统以及常规的报警系统4 部分组成。从智能导航系统来看,其主要由以下两部分构成[1]。

1.1 路径导航

路径导航即通过添加所行路径(考虑语音识别功能)以及起始点与目的地的定点位置事实导航与为了防止变故的其他辅助功能相结合,来实现导航和辨别路障的功能。本研究利用“激光导航”与“视觉导航”相结合构成辅助功能。激光导航通过眼部设置的可旋转的激光发射头以及配套的接收器,利用激光测距的方法生成数字地图。智能导盲犬在此基础上合理地规划行走路线。此功能还能根据环境的改变实现实时更新。

1.2 视觉导航

视觉导航就是通过头部安装的摄像头扫描周围的环境,再与红外传感器相结合,利用数学运算和几何模型构建相结合的方法3D 绘制周围环境的地图,并根据实时位置的改变随时判断更新移动路径,对其所构建的3D 地图模型进行更新与调整。

智能导盲犬通过这两种导航方式同时辨别路径,保证了行走路径的可行性。同时考虑到人群密集处的不稳定因素,为了更好地躲避行人以及其他动物,保护使用者的安全,智能导盲犬的身上和腿上将添加红外线感受器。红外线感受器主要由发送和接收装置组成,两个感受器相对放置。当红外线感受器感受到障碍物的存在时(这里我们主要针对活体障碍物,即人和动物),智能导盲犬就会及时做出反应,停止前进。考虑到过马路问题,智能导盲犬可借助“电子狗”来实现路况的提前监控,以增加路径的安全性[2]。

同样的,为了更好地实现导航功能,本设计可以再添加语音更新路况的功能,提醒使用者,前方有障碍物。除此以外,在手持把上,本设计支持定位系统以及特殊的“SOS”求救警报。智能导盲犬的定位系统主要与家人的手机相关联,让家人可以随时确定使用者的所在位置,而“SOS”求救警报在向附近人发出呼救的同时也会向家人的手机发送求救信息。对于“SOS”的触发,则包括两种情况。一是人为手动触发,二是智能导盲犬发生故障或者受到猛烈撞击时会自动触发。同时,为了满足老年消费者的需要,智能导盲犬还另外添加了一些小的收音机功能以及简单的查询功能(例如天气查询),考虑到使用人群的特殊性,智能导盲犬的所有功能唤醒都支持语音唤醒[3]。智能导盲犬概念如图1 所示。

图1 “智能导盲犬”概念

2 与普通导盲犬对比分析

2.1 数量对比

据2018 年《世界卫生组织》发布数据,在全球范围内约有3 600 万人失明,中国约有盲人600 万～700 万人,占世界盲人总数的18%,另有双眼低视力患者1 200 万。而在这庞大的基数下,中国可用的导盲犬数量只有寥寥的几百余只,显然我国的导盲犬正处于供不应求的状态。换句话来说,采用工业生产方式的智能导盲犬一旦投入市场不仅可以在国内市场占有一定地位,在国外也会受欢迎。

2.2 使用范围对比

就目前国内来说,虽然法律上允许盲人携带导盲犬进入公共场所,但从社会反应来看,还是存在很多不可避免的问题,而机械化的智能导盲犬则很好地填补了这块空缺。如果家中有视力障碍者的同时又有家庭成员对狗毛过敏,显然,这个时候一只“不会掉毛”的智能导盲犬更符合生活需要。

2.3 安全性对比

虽然导盲犬受过专业的训练,但作为生物它们还是会存在生理上难以克服的问题。导盲犬在工作时,会认真观察周边环境,提前做好路线规划,如避开水坑、停下来等红绿灯等。但如果这时候有人伸手去抚摸它或者呼唤它,就很容易让导盲犬的注意力分散,导致其做出错误判断,偏离路线。对于视力障碍者来说,这可能会造成极大的安全隐患。而智能导盲犬受芯片控制,它的一举一动受外界干扰的可能性微乎其微,再加上内设的SOS 求救系统,其安全性将远胜于普通导盲犬[4]。

2.4 导航功能对比

导盲犬并不是导航,普通的导盲犬主要用于带领盲人避开障碍物。如果你想让它带你去一个地方,必须有人事先带它把路线多走几遍,让它记住路线才可以。换句话来说,让导盲犬带你去一个陌生的目的地是无法实现的,而智能导盲犬则可以满足这一需求。语音搜索目的地,再规划与目的地之间的最优路线,智能导盲犬通过把路径导航与视觉导航相结合,完美地实现了出发点与目的地之间的安全导航功能。

3 技术路线、拟解决的问题及预期成果

3.1 技术路线

智能导盲犬主要涵盖了导航、定位、3D 建模、智能语音、电子狗(主要由雷达、GPS 定位、中央处理器和智能测速系统组成)、红外线感应、SOS 报警系统等技术。从技术上来说,智能导盲犬虽然是作为新型智能宠物类机器人来研发,但智能导盲犬所涉及的技术都是国内现有的,并且已经相当成熟。因此,智能导盲犬的实现具有技术上的可行性,可以作为一个新型的机器人来投入市场,走入大众视野。

3.2 拟解决问题

智能导盲犬如果正式投入生产不仅可以解决目前世界上导盲犬少且贵的问题,并且针对一些存在动物毛发过敏的家庭成员的盲人家庭,智能导盲犬会给他们的生活带来莫大的便捷。同时,智能导盲犬也会解决中国乃至世界上一大批视力障碍人群的日常出行问题。

3.3 预期成果

智能导盲犬项目旨在服务社会,帮助弱势群体,是一项符合国家创新、协调、绿色、开发共享的发展理念的设计。智能导盲犬一旦正式投入市场将解决一大批视弱残障人士的生活出行问题,也将解决目前国内导盲犬稀缺的问题。而对目前的科学技术水平以及相关科技产品的价格调查可知,开发一只智能导盲犬的价格并不会过高,并且随着技术的熟练,其价格相较于普通导盲犬更能为大部分人所接受。相对于普通的导盲犬,智能导盲犬一旦真正投入市场,将会迎来家用型智能机器人的时代,会有越来越多的人感受到科技给日常生活带来的便利。

4 结语

智能导盲犬可以缓解目前国内乃至世界上导盲犬供不应求的问题,在解决大部分视障人群的出行问题的同时也解决了部分残障人士无法饲养导盲犬或与导盲犬共处的问题,满足现代新型社会的发展需要。除此以外,智能导盲犬项目符合现代社会大力支持的公益性的项目开发的主题,符合社会的需要,促进社会的发展,提高人民的幸福感。