文/衛(wèi)萱 李素波 李明慧 （天津商業(yè)大學(xué)工業(yè)設(shè)計系）

數(shù)據(jù)表明，截至2018 年元旦，大約75 億的世界總?cè)丝谥杏谐^兩億的盲人，而中國占了其中的21.7%，數(shù)量高達(dá)120.5 萬。來自188 個國家的研究數(shù)據(jù)表明，如果不改善現(xiàn)有的醫(yī)療狀況，全球盲人數(shù)量在2050 年將會激增到1.15 億。

盲人由于視力上的缺陷，在生活、工作方面有著諸多不便，盲人出行便是其中一個重要問題。對于短程的小問題，盲人都能通過旁人或盲文的幫助得到立刻解決，但因為盲人不能得到一個人長期的伴隨指引，所以對于遠(yuǎn)程的出行來說，從一個目的地到另一個目的地成為了盲人出行的最大痛點(diǎn)。

雖然目前市場上有幫助盲人乘車、避開障礙物、閱讀文字識別物體等的產(chǎn)品，但遺憾的是，這些產(chǎn)品都未能解決盲人出行最大的痛點(diǎn)——正確到達(dá)目的地！

一、盲人出行現(xiàn)狀分析

從目前的狀況來看，盲人出行主要方式有：

（一）專人陪同

專人陪同是盲人出行最安全的一種方式，但是，每個盲人的家庭條件不一，并非每個家庭都有富余勞動力或者有聘請護(hù)工的條件。

（二）導(dǎo)盲犬+導(dǎo)盲杖

導(dǎo)盲犬是工作犬中要求最高的，它需要：

（1）無論是對人或是其他動物，都不能有任何攻擊性；（2）不能膽小，也不能太膽大；（3）非常集中的注意力；（4）適中的興奮度；（5）有工作的意愿性；（6）聲音敏感度（對巨響、奇特聲音反應(yīng)?。?；（7）良好的健康情況（家族中無病史）。

視障人士申領(lǐng)導(dǎo)盲犬在我國是免費(fèi)的，但是因為導(dǎo)盲犬的申請有很長的周期，在我國申領(lǐng)到申領(lǐng)成功大概要兩年。且在中國，導(dǎo)盲犬是供不應(yīng)求的，所以并非所有盲人都能擁有一條導(dǎo)盲犬。有些盲人會私養(yǎng)家犬，幫助自己出行，但這樣的犬是不能得到導(dǎo)盲犬證的，也就不能合法地陪伴盲人乘坐交通工具或出入公共場所。私養(yǎng)的家犬沒有經(jīng)過嚴(yán)格的訓(xùn)練，不能達(dá)到工作犬的標(biāo)準(zhǔn)，如果出現(xiàn)威脅公共安全的行為，反而會給盲人的出行帶來更大的不便。

（三）乘車出行

乘車出行是盲人的另外一種非常安全的出行方式，但乘車并非適應(yīng)盲人出行的所有情況，一些短途出行，如下樓買菜、去公園散步等，就很難通過乘車實(shí)現(xiàn)。

（四）導(dǎo)盲杖

導(dǎo)盲杖在盲人的出行中參與度極高，無論是在有人或?qū)と呐阃只蚴窃诔塑嚦鲂械那闆r下，都需要用到導(dǎo)盲杖，但是，目前市場上大部分導(dǎo)盲杖功能單一，無法適應(yīng)盲人多種情況下的出行。

二、導(dǎo)盲杖研究目標(biāo)

分析盲人的出行方式、出行距離、生活習(xí)慣（主要是出行習(xí)慣）和盲人主要的感官反饋形式等影響智能拐杖設(shè)計的因素，從智能拐杖的功能與盲人的出行習(xí)慣，智能拐杖的交互與盲人感官反饋形式等方面出發(fā)，尋找符合盲人家庭出行輔助工具設(shè)計的契合點(diǎn)，總結(jié)出適合盲人家庭出行習(xí)慣的智能拐杖創(chuàng)新設(shè)計特征，實(shí)現(xiàn)盲人家庭出行的準(zhǔn)確性與實(shí)用性。提出改進(jìn)現(xiàn)有產(chǎn)品的解決方案，突出拐杖與導(dǎo)航系統(tǒng)（震動+語音的反饋形式）結(jié)合設(shè)計而成的智能拐杖的特色，形成產(chǎn)品設(shè)計方案。

三、導(dǎo)盲杖設(shè)計亮點(diǎn)

在設(shè)計前期，團(tuán)隊對盲人進(jìn)行了長時間的走訪調(diào)研，通過對調(diào)研數(shù)據(jù)的整理分析，我們得出以下設(shè)計方案。

（1）把手設(shè)計。把手是使用者的手直接接觸的部分，在我們導(dǎo)盲杖設(shè)計里，主要靠把手完成信息交互。在人機(jī)工程學(xué)中，手與我們的導(dǎo)盲杖把手之間的抓握方式屬于著力抓握，我們設(shè)計的把手遵循功能性、安全性、差異性、效率性等手的界面設(shè)計原則，采用了與手部曲線貼合的、省力的外觀結(jié)構(gòu)，能夠?qū)κ褂谜叩淖ノ辗绞竭M(jìn)行一定程度上的引導(dǎo)，有效地預(yù)防錯誤抓握方式引起的腱鞘炎、腕道綜合癥、腱炎、滑囊炎、滑膜炎、痛性腱鞘炎、狹窄性腱鞘炎等疾病。在我們的設(shè)計下，導(dǎo)盲杖把手部位的總控部分略微大一些，方便容納各個模塊所需的芯片，這種外形更加美觀，與整體更協(xié)調(diào)，流線型設(shè)計使外觀更符合現(xiàn)在的主流審美，也更容易被消費(fèi)者接受。（2）骨傳導(dǎo)耳機(jī)設(shè)計。與傳統(tǒng)耳機(jī)通過空氣傳播聲音的方式不同,骨傳導(dǎo)耳機(jī)將聲音通過顳骨,以振動的方式直接傳導(dǎo)至聽覺神經(jīng),使用時可完全保持雙耳開放，使用者可以在非常嘈雜的環(huán)境下分辨來自骨傳導(dǎo)耳機(jī)的聲音。骨傳導(dǎo)耳機(jī)，相較普通耳機(jī)而言，能夠更有利于使用者接收來自外界的環(huán)境信息，如車的鳴笛聲等，能夠最大程度上保障使用者的人身安全。因為骨傳導(dǎo)耳機(jī)具有體積小的特點(diǎn)（其獨(dú)立放置，將不利于使用者尋找），我們采用了耳機(jī)與拐杖一體化的設(shè)計，通過接觸式充電（耳機(jī)只需放入充電槽，便開始自動充電），充完電后也可繼續(xù)放置在充電槽保存等待使用者的使用。這樣可以解決盲人找耳機(jī)以及充電困難的問題。（3）電源適配器設(shè)計?？紤]到導(dǎo)盲杖單獨(dú)使用電源適配器的尋找過程也易出現(xiàn)同耳機(jī)一樣的問題，我們將充電器和導(dǎo)盲杖進(jìn)行了一體化，令插頭部分位于總控制部位的側(cè)面。（4）杖身設(shè)計。手杖的杖身采用可伸縮的設(shè)計便于攜帶和收納，桿的伸縮方式有手動和自動，為減少操作步驟，方便使用，手杖采用按鈕控制伸縮。（5）可彎折把手。我們把整個上半部分（把手和控制器中心）設(shè)計成可以自由彎折的形式，使用者可以根據(jù)個人習(xí)慣和使用環(huán)境自由地進(jìn)行選擇。彎折后，T 型結(jié)構(gòu)可以令拐杖起到一個支撐作用，能夠有效地緩解使用者行走過程中的疲勞，也巧妙地避免外出時導(dǎo)盲杖需一直手持的情況。（6）安全警報設(shè)計。盲人出行最大的安全問題始終是我們著力解決的重點(diǎn)問題，如果盲人的單獨(dú)出行過程中出現(xiàn)了不可控的意外因素，如路遇搶劫、偷竊、倒賣人體器官等意外事件，盲人就成了待宰的羔羊，不法分子將會對盲人的人身安全造成極大地威脅。此外，安全警報設(shè)計的必要性還體現(xiàn)在如果盲人在鮮有行人的路段迷路，安全警報設(shè)計能夠在第一時間將使用者的位置信息一鍵發(fā)送到使用者綁定的賬號，以便使用者的家人及時趕到使用者所在位置。緊急按鈕需設(shè)置在把手頂端的位置，為了避免使用者誤觸，按鈕加蓋。使用者在途中遇到緊急情況時，只需按動按鈕，使用者家人便可及時知道使用者的位置信息。（7）夜間警示燈。盲人如果需要在夜間出行，那么夜晚條件下伴隨的低可見度必然會對使用者的人身安全在一定程度上造成威脅。盲人由于視覺信息的匱乏，只靠聽覺和觸覺很難及時地捕捉到過往車輛及其他路人位置信息。所以我們通過夜間警示燈的設(shè)計，逆向地強(qiáng)化了過路車輛→盲人的信息強(qiáng)度，能夠在最大限度上避免意外的發(fā)生，給使用者盡量提供一個更加安全的夜間出行環(huán)境。位于總控部分略靠下的位置，這個位置的光源光線比較聚攏，亮度足夠的情況下，加上地面反射，能夠產(chǎn)生強(qiáng)烈的提醒效果。

四、工作原理

導(dǎo)盲杖根據(jù)功能，共劃分為語音輸入模塊、高精度GPS 模塊、語音輸出連接藍(lán)牙模塊、震動傳導(dǎo)模塊四個模塊，四個模塊之間分工合作達(dá)到給使用者指引正確方向的目的。

（1）語音輸入模塊。識別使用者語音輸入的目的地，將語音信號傳遞到GPS 模塊。通過手柄側(cè)面的麥克風(fēng)提取使用者的聲學(xué)特征，隱馬爾科夫模型(Hidden Markov Model，HMM)進(jìn)行建模，發(fā)音詞典提供聲學(xué)模型建模單元與語言模型建模單元間的映射（為了提高翻譯準(zhǔn)確度，發(fā)音詞典只提供地名)，語言模型對系統(tǒng)所針對的語言進(jìn)行建模，解碼器對輸入的信號，根據(jù)聲學(xué)、語言模型及詞典，尋找能夠以最大概率輸出該信號的詞串。（2）高精度GPS 模塊。拐杖內(nèi)部安裝有高靈敏度的GPS 信號接收裝置，接受天空不同位置的三顆以上的衛(wèi)星信號，即可測定使用者所在的位置,實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位，得到準(zhǔn)確的位置信息。與下載好的地圖結(jié)合，將路線通過語音輸出連接藍(lán)牙模塊把位置信息反饋給使用者。（3）語音輸出連接藍(lán)牙模塊。主要由SYN6288語音芯片和藍(lán)牙骨傳導(dǎo)耳機(jī)等部分組成。其中，SYN6288 語音芯片完成文本到語音的轉(zhuǎn)化，語音會通過藍(lán)牙骨傳導(dǎo)耳機(jī)將GPS 模塊接收到的信息傳達(dá)給使用者。（4）震動傳導(dǎo)模塊。該裝置在手柄位置安裝有微型電機(jī)，在收到GPS 模塊反饋的信息后，開始工作。通過不同強(qiáng)度的電流控制其震動強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)分級震動，使用者行進(jìn)方向與正確方向偏離角度越大，震動強(qiáng)度越大；反之，若使用者朝正確的行進(jìn)方向行走，導(dǎo)盲杖不會發(fā)出震動。

五、結(jié)語

該裝置通過語音輸入模塊、GPS 模塊、語音輸出連接藍(lán)牙模塊、震動傳導(dǎo)模塊，將聽覺反饋（語音導(dǎo)航）和震動反饋相結(jié)合，通過一種更加簡單、便捷、安全的人機(jī)交互方式，針對盲人實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)導(dǎo)航功能，具有極強(qiáng)的實(shí)用價值。