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，帮助视障人士，近日，瑞士联邦理工学院（ETH Zürich）D-ITET 项目学习中心的学生开发出一种机器人导盲犬，其能够利用人工智能技术自主导航和避障。

用皮带代替刚性结构，机器人导盲犬更灵活

加州大学伯克利分校混合机器人小组的研究人员几年前发明了一种带皮带的四足机器人，可以充当导盲犬的角色。这个机器人在arXiv上发表了一篇论文，它可以帮助人类安全地在室内环境中导航，而不会撞到物体、墙壁和其他障碍物。

开展这项研究的加州大学伯克利分校混合机器人小组的研究员李中宇说：“一条表现良好的导盲犬通常需要单独挑选和训练。”此外，一只狗的技能无法转移到另一只狗身上。这使得训练导盲犬既费时又费力，而且这个过程不容易扩展。相反，在一个导盲犬机器人上开发的算法可以很容易地部署到另一个机器人上。”

四足机器人，也就是有四条腿的机器人，在过去几年里变得越来越复杂。许多这样的机器人也变得更廉价，更容易大规模制造。由于四足机器人在形状和大小上都像狗，它们可能是导盲犬的理想替代品，而且可能比其他机器人系统更容易被人类接受。“我们决定采用四足机器人作为导盲犬，为视障人士服务，”李说。“我们的导盲犬是基于一个小四肢行走的机器人叫做小猎豹，配备了2 d激光雷达感应环境，框架上的摄像头来追踪人类领导的位置，皮带来指导人们在皮带和一个力传感器测量力的人类/人类。”

大多数之前开发出来的引导盲人的系统都是基于坚硬的机械臂来探测障碍物并帮助人类绕过它们。另一方面，李和他的同事们创造的机器人导盲犬系在一个灵活的皮带上，皮带可以是紧的（即拉伸或拉紧）或松的（即松的）。使用皮带代替刚性结构，使机器人-人类“团队”在导航给定环境时的组合运动和位置更灵活。

除了创造新的机器人导盲犬，李和他的同事还开发了一种混合的人-机器人物理交互模型，描述了机器人狗和人类用户在操作过程中的动态关系。利用这个模型，研究人员开发了一种反应式规划器，它可以在紧链和松链模式之间切换，在狭窄的空间里最有效地指导人类用户。李解释说：“比如，当机器人领导的人类系统进入一个狭窄的空间，比如走廊的一个角落，机器人可以先松开皮带。”“这使得机器人能够在不直接影响人类姿势的情况下重新定位自己。”接下来，机器人就可以拉紧皮带，引导人类通过这个封闭区域。”

李和他的同事们对他们在一系列真实世界实验中开发的系统进行了评估，在这些实验中，机器人导盲犬必须引导一个蒙着眼睛的人到一个特定的位置，同时避免事故和与附近障碍物的碰撞。这些测试的结果是非常有希望的，因为机器人成功地引导参与者到理想的位置，没有任何碰撞。研究人员的机器人导盲犬也带有集成的传感器套件和路径规划算法，因此最终可以帮助盲人安全地在混乱的室内环境中导航。

搭载速度跟踪器，捕捉人机状态更精准

就在2021年，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。

避障、导航均在行，机器人导盲犬市场前景广阔

近日，瑞士联邦理工学院研发出了适合患有视力障碍人群的新伴侣——机器人导盲犬。

研究人员表示，机器狗市帮助盲人在日常生活中导航，一般训练导盲犬要花很多钱，而我们开发的机器人系统，可以在看不见的环境中自主导航，引导盲人避开障碍物。在机器导盲犬中增加导航功能的好处是，视障人士在出行前，只需设置目的地，机器导盲犬就能自行规划路线并进行导航，而这是动物导盲犬没法做到的。

机器导盲犬的面世可以说是视障人士的一大福音。不过除了机器导盲犬，目前还有越来越多的公司在积极开发和优化相关的机器人技术，比如机器假肢等，来帮助残障人士重回正常的生活。

据中央广播电视总台中国之声《新闻超链接》报道，每年4月的最后一个星期三，被定为“国际导盲犬日”。导盲犬不仅是视力残疾人的眼睛，也是生活上不可或缺的心灵伴侣，为视力残疾人带来了自信、乐观、积极的人生，是改善视力残疾人生活条件的有效手段。

我国有1731万视力残疾人，对导盲犬的需求量很大，但导盲犬的数量却不足300只，光从数量上看，比大熊猫还少。但让人欣慰的是，如今有越来越多导盲犬出现在公众场合。而培育一只合格的导盲犬有多难？

曾经，大连医科大学教授、中国导盲犬大连培训基地负责人王靖宇介绍，符合导盲犬条件的幼犬在出生45天后会被送到寄养家庭进行训练，导盲犬需要在寄养家庭寄养约一年左右。寄养家庭阶段的训练是导盲犬训练的关键时期，幼犬需要在寄养家庭学习最基础的技能，例如定点定时大小便、不破坏家具等用品、等待主人随行、礼让车与人等。导盲犬培训基地会随时访问寄养家庭，对导盲犬进行定期体检和行为测试，不满足条件的犬只将被淘汰。

完成寄养家庭的训练后，合格的导盲犬会进入导盲犬培训基地继续训练。导盲犬在基地的训练要经历三个步骤，首先是较为简单的服从训练，之后是躲避障碍训练，最后是要提高导盲犬的综合素质，例如导盲犬需要依据口令找到盲人所要去往的目的地，掌握乘坐交通工具的技能等。学习进度比较快的导盲犬大约需要在基地训练半年，也有一些导盲犬训练时间在10个月到1年左右。

导盲犬在基地会经历三次考试，三次考试合格后导盲犬才能从基地毕业，进入和盲人主人的磨合阶段。由于导盲犬初期只听训导员的口令，因此导盲犬需要30天左右的时间和盲人磨合，接受新主人。

目前，全球的导盲犬的数量严重不足，无法满足对视障人士行走向导的需求。比如说日本，统计数据显示，正在工作的导盲犬数量为861只，但日本的需求缺口却高达3000人，如何解决这个问题显得十分重要。因此基于自主导盲机器人正在抓紧研发阶段，市场前景广阔。

文章来源： 一线科技圈，陈根谈科技，机器人大讲堂，央广网