机器人导盲犬或可带来导盲新可能

文/陈根

前不久,上海一位50岁的盲人阿姨因导盲犬排便问题被小区居民多次投诉。这一事件发生后,引起了社会对盲人群体的关注,也引起了对导盲犬的关注。

导盲犬作为一种经过严格训练的狗,属于工作犬,在一定程度上可以帮助盲人解决生活中的行动难题。但是其排便问题、能否乘坐交通工具以及是否允许进入公共场合问题,一直饱受争议。

为了在不损害公共利益的前提下继续导盲犬的工作,近日,研究人员研发出一款机器人导盲犬来代替动物导盲犬。

机器人导盲犬的机身是Mini Cheetah装置,导盲犬上的传感器,由2D 激光雷达(LIDAR)、3D 相机、以及安装在绳上的力传感器组成。其中力传感器用于探测牵引绳上的张力,相机用于跟踪被引导人员和进行光检测和测距定位,至于激光测绘系统,则用来定位导盲犬在全局地图上的位置。

该导盲犬带有一个计算机大脑,从而可以四处走动,同时能够避免与物体发生碰撞、并能沿着预定路线行走。其中,相机安装在机器人顶面的云台上,经过编程以后,可以始终跟随着被牵引的人。另外,凭借Mini Cheetah 现有的速度跟踪控制器,导盲犬每只脚所需的地面反作用力可以被计算,从而来追踪所需的速度。

此外,研究人员还提出了首个端到端混合物理人机交互(physical human-robot interaction,pHRI)模型,并用实验数据验证了该混合模型的有效性。该模型可用于捕获人机系统的状态,并有助于路线规划和人机交互。在路径规划器中,研究人员还制定了一个混合整数规划方案,以便让导盲犬在带领盲人行走时,可以避开障碍物。

值得一提的是,机器人导盲犬在工作时,主要用绳子引导,并且绳子能在松弛状态和张紧状态之间切换。在通过狭窄通道的时候,它会调整姿态,让绳子进入松弛状态,由于盲人手上没有感受到力,就会停下脚步;而在通过狭窄通道后,导盲犬通过调整自身的姿势,绳子再次进入张紧状态,盲人手上会重新感受到牵引力,从而跟着导盲犬继续前进。

现实生活中的动物导盲犬,需要较长的训练周期,而使用这样的机器人导盲犬,理论上无需等待太久。而且一只动物导盲犬训练好的能力,无法移植到另一只狗上,当其他的盲人需要属于自己的导盲犬时,就需要重新训练,这会耗费训练人员的时间和精力。但使用机器人导盲犬,相关代码可以从A导盲犬直接复制到B导盲犬上,导盲能力同样可以大规模的进行“复制粘贴”。

目前,机器人导盲犬主要用于室内平地的情况,未来会考虑户外上斜坡、下斜坡、走台阶甚至是室内坐电梯等场景。未来,怎样在不同楼层间做轨迹规划、怎样辨别红绿灯以及带领盲人过马路等也在开发范围内,相信机器人导盲犬的落地能够带给行动不便的群体更多意想不到的惊喜。