基于TRIZ 理论的导盲产品发展与分析

文/东北大学机械工程与自动化学院 张辉华 赵新军

1 引言

盲人是残疾人中的一个特殊群体，他们由于眼睛患有疾病或受到意外伤害而导致视觉资讯受损或丧失。视觉资讯是人类获得外部信息知识和经验的主要来源，一旦受损，必然在日常生活和安全出行方面会受到很大制约，需要通过导盲产品来辅助行走或感知外部。根据第二次全国残疾人抽样调查数据推算，我国目前视力残疾人数约为1323万人。到2020年，预计盲人数量将达到2000万人，眼盲就会成为一个严峻的公共卫生及社会问题。本文基于TRIZ理论分析导盲产品的发展与演变，进而预测未来导盲产品的发展趋势，为该类产品的设计开发提供有价值的理论分析。

2 传统导盲产品的现状

导盲产品的主要功能是辅助盲人行走。国内市场现有的导盲产品主要从探测障碍物、指引前进方向这两方面来实现此功能。

2.1 导盲杖

导盲杖是一种传统和古老的导盲工具，能帮助盲人探测障碍物，自古以来一直在辅助盲人行走过程中扮演着重要的角色。而且传统盲杖低成本，没有给盲人在经济上带来很大的困难。但当盲人握持导盲杖行走时，导盲杖并不能准确提供导向信息，还需要盲人依靠记忆和感觉行走。

2.2 盲道

盲道是专门帮助盲人行走的道路设施，能有效地指引盲人前进的方向。盲道一般由两类砖铺就，一类是条形引导砖，引导盲人放心前行，称为行进盲道；另一类是带有圆点的提示砖，提示盲人前面有障碍，该转弯了，称为提示盲道。盲人通过脚的触感感受盲道砖的形状凸出，从而感知前进方向。我国交通安全法第三十四条规定“城市主要道路的人行道，应当按照规划设置盲道。”但事实上，因在百姓中间宣传力度不够、盲道经常被占用等原因，国内城市大规模的盲道建设对盲人行路并未产生很大帮助。

2.3 导盲犬

导盲犬是经过严格训练的狗，是工作犬的一种。经过训练后的导盲犬可引导盲人前进，并自动避开障碍物，可帮助盲人去学校、商店、洗衣店、街心花园等。导盲犬习惯于颈圈、导盲牵引带和其它配件的约束，懂得很多口令，可以带领盲人安全地走路，当遇到障碍和需要拐弯时，会引导主人停下以免发生危险。相比传统的导盲产品，导盲犬更加高效便捷。而且盲人通常需要心理安全感的满足，导盲犬的存在能很好地弥补这方面的欠缺。但是昂贵的训练成本也是导盲犬无法迅速普及的重要原因之一。

3 基于TRIZ理论的新型导盲产品分析

伴随着工业技术的革新和物联网技术的发展，人们已经可以解决前人无法解决的诸多问题，通过应用新的手段与方法，能够在辅助探测障碍物时给予盲人更多反馈和提示，在辅助指引前进方向时更加智能化、人性化，并关注盲人的心理需求，从而帮助满足他们的出行需求，给他们提供一个更为便捷舒适的生活环境。

3.1 超声波导盲仪

如图1 所示的超声波导盲仪是以发射超声波和接收障碍物反射回波的方式来定位的，它与雷达系统的工作原理类似，它从接收到的回波中可以得到障碍物的信息。超声波导盲仪一般由换能器（探头） 、信号处理器（电子盒）和信息输出器（手柄）三部分组成。这款导盲仪可以探测前方3米以内的地面障碍物和上方1.6米内障碍物，并及时用语音、警笛和震动方式来警示。

针对前方的障碍物，超声波导盲仪在0.5米范围以内急促警笛报警播报，0.5米到1.9米的范围播报米数，1米到3米的范围为滴滴声。针对上方障碍物，超声波导盲仪在1.5米范围以内每秒震动三次，1.5米到2.5米范围内每秒震动1次。它根据位置和距离对障碍物进行分类，较传统导盲杖探测范围更加广泛。同时机械震动能给盲人及时的信息反馈。这款超声波导盲仪的设计开发运用了TRIZ理论中的分割原理、反馈原理和机械震动原理。但是，这款超声波导盲仪会在复杂环境中反馈过多信息，形成信息干扰，影响位置的准确判断。

3.2 导盲眼镜

图2导盲眼镜是将集成电路装置安装在眼镜架和眼镜片上的可穿戴设备。这款产品是一种配备耳机的导盲眼镜。

它帮助视力受损的人真正地感知他们周围的环境，眼镜上的传感器会收集环境信息，然后用听觉反馈引导佩戴者。眼镜上的麦克风可以让用户与设备进行交流，并获得准确的实时反馈。这款产品的设计开发应用了TRIZ理论中的中介物原理、反馈原理、曲面化原理。利用眼镜这一中介物提供给盲人信息，并根据盲人麦克风的输入及时反馈，交流过程更加人性化。同时曲面化的造型具有美感，满足盲人对装饰性的需求。但这款导盲仪探测范围有限，很难形成全方位探测。

3.3 穿戴式导盲仪

穿戴式导盲仪是可直接穿在身上的导盲装置。盲人通过接收简单的导盲提示来安全行进，如图3所示。它可以戴在盲人手腕上，使用超声波发出与接收信号，然后通过声音和振动向使用者发出危险信号。这款导盲手环可以利用形态变化轻易改变开关状态，适于多种复杂情况下的辅助导航。它的设计开发应用了TRIZ理论中的柔性外壳及薄膜、反馈原理和中介物原理。产品采用柔性材料，更易于盲人使用时的佩戴。作为手腕上的一个中介物，不易被他人发现，盲人佩戴它行走时就表现的如同正常人一样，可以满足盲人被尊重的心理需求。但其易受盲人自身运动干扰，准确度不高。

3.4 移动式机器人

图1 超声波导盲仪

图2 导盲眼镜

图3 超声波导盲手环

图4 智能助行器

移动式机器人是具有多种感测器、强大计算能力和高度智能化障碍物躲避系统的机器人，它的智能化程度较高，可以在复杂的环境中进行自主的导航。基于移动式机器人技术的导盲仪，功能上比超声波导盲仪有很大提高。如图4 所示的智能助行器可以自动避开障碍物，引导盲人行走。它具有三种控制模式：手动、自动、停车。在手动模式中，用户可以控制助行器，由传感器检测到的信息作为语音消息发出，描述地标和障碍。在自动模式中，助行器由计算机和用户共同控制。计算机连接前轮马达来操纵装置以越过障碍物。而在停车模式时，前轮将自动锁住，以防止设备的运动，允许用户移动到一个椅子上。这款产品的设计开发应用了TRIZ理论中的多用性原理、中介物原理。利用机器人这一中介给予盲人多个模式的行走辅助，较其他产品能更加有效地避开障碍物和指引方向，且比导盲犬的成本低。但其体积较大、不便携带。

4 导盲产品的未来发展趋势分析

通过对传统导盲产品、新型导盲产品的分析和基于TRIZ进化法则理论的研究，结合盲人的需求以及体现现阶段的科技与文化的发展背景下，可以得出导盲产品的发展趋势如下。

4.1 导盲产品的实用化

根据TRIZ理论的技术系统的S曲线进化法则，传统导盲产品大多处于进化曲线成熟期和衰退期，但仍存在探测障碍物范围小、难以辨明障碍物种类、指引方向时易受干扰等问题。现有新型导盲产品大多处于进化曲线的婴儿期和成长期，存在产品重量大、价格高昂等问题。根据TRIZ理论的动态性和可控性进化法则，未来导盲产品将进一步增加系统的动态性，以更大的柔性和可移动性来获得功能的实现。未来导盲产品将利用多种形态变化和柔性材料的应用以提高便携性及其他功能的实现。因此，价格较低、体积较小、质量较轻、探测范围广、指引精确的实用导盲产品将是未来发展的必然趋势。

4.2 导盲产品的智能化

盲人实际出行过程中，所需要感知的不仅是障碍物和方向，他们还需要注意交通信号灯、道路情况等信息，因此未来导盲产品将传达更多的信息给盲人。根据增加系统的集成度再进行简化法则，未来导盲产品将利用智能化手段集成多种功能，如帮助盲人识别红绿灯、路标等信息，还将利用GPS定位、物联网通信等技术实现提示盲人所在位置、告知盲人家人朋友其位置等功能。随着人工智能、大数据等技术的发展，导盲产品可以积极利用这些先进技术以实现导盲过程判断的精确性和反馈的及时性。同时导盲产品也要加强各种新型传感器的应用，从而获得更多、更准确的信息，并进行数据融合，实现系统的简化。

4.3 导盲产品的人性化

未来的导盲产品将更加注重以“盲人”为本的理念，实现导盲产品的人性化，在满足盲人生理需求的同时，更加注重其心理需求，增加盲人的安全感，减少他们的自卑感、孤独感。未来产品将以盲人使用导盲产品的用户体验为基础，增强导盲产品的人机交互性。而针对盲人这一特殊群体，导盲产品将更多应用除视觉以外的感官通道，特别是语音交互技术的发展更好地服务盲人。在外观造型上，未来导盲产品将尽量减少体积，满足盲人不想过多引起他人关注的安全感需求，具有装饰性、隐蔽性，满足盲人被尊重的心理需求。

图5 技术系统的S曲线进化法则

5 结论

导盲产品的发展体现了诸多TRIZ理论的应用，导盲产品的设计开发将更加注重新材料、新工艺、新技术，并在满足视障群体心理和生理健康基础上，生产出适合新时代背景下的导盲产品。随着科技的进一步发展，人们生活的现代化，不断更新的导盲产品正逐步走进盲人的日常生活中，将不断增强盲人的行走能力，提高盲人的生活质量，为盲人便利生活和安全行进提供重要保障，是现代社会大势所趋理所应当的。