Pješački vodič za poboljšanje mobilnosti osoba s oštećenjem vida: 6 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:34

Cilj instruktora je razviti vodič za hodanje koji mogu koristiti osobe s invaliditetom, osobito osobe s oštećenjem vida. Instruktor namjerava istražiti kako se vodič za hodanje može učinkovito koristiti, kako bi se mogli formulirati zahtjevi dizajna za razvoj ovog vodiča za hodanje. Kako bi ispunio cilj, ovaj instruktor ima sljedeće posebne ciljeve.

• Osmisliti i implementirati prototip naočala za usmjeravanje osoba s oštećenjem vida
• Razviti vodič za hodanje kako bi se smanjio sudar s preprekama za osobe s oštećenjem vida
• Razviti metodu za otkrivanje rupa na površini ceste

Tri dijela senzora za mjerenje udaljenosti (ultrazvučni senzor) koriste se u vodiču za hodanje kako bi otkrili prepreku u svakom smjeru, uključujući prednju, lijevu i desnu stranu. Osim toga, sustav detektira rupe na površini ceste pomoću senzora i konvolucijske neuronske mreže (CNN). Ukupni trošak našeg razvijenog prototipa iznosi približno 140 USD, a težina je oko 360 g uključujući sve elektroničke komponente. Komponente koje se koriste za prototip su 3D tiskane komponente, malina pi, malina pi kamera, ultrazvučni senzor itd.

Korak 1: Potrebni materijali

• 3D ispisani dijelovi

  1. 1 x 3D tiskani lijevi hram
  2. 1 x 3D tiskana desna sljepoočnica
  3. 1 x 3D ispisani glavni okvir

• Elektronika i mehanički dijelovi

  1. 04 x Ultrazvučni senzor (HC-SR04)
  2. Raspberry Pi B+ (https://www.raspberrypi.org/products/raspberry-pi-3-model-b-plus/)
  3. Raspberry pi kamera (https://www.raspberrypi.org/products/camera-module-v2/)Litij-ionska baterija
  4. Žice
  5. Slušalica

• Alati

  1. Vruće ljepilo
  2. Gumeni remen (https://www.amazon.com/Belts-Rubber-Power-Transmis…

Korak 2: 3D ispisani dijelovi

Prototip naočala modeliran je u SolidWorksu (3D model) uzimajući u obzir dimenzije svake elektroničke komponente. U modeliranju je prednji ultrazvučni senzor postavljen u naočalu za otkrivanje samo prednjih prepreka, lijevi i desni ultrazvučni senzor postavljeni su na 45 stupnjeva od središnje točke naočale kako bi se otkrile prepreke unutar ramena i ruke korisnika; drugi ultrazvučni senzor postavljen je prema tlu okrenut radi otkrivanja rupa. Rpi kamera postavljena je u središnju točku spektakla. Osim toga, desni i lijevi hram naočala dizajnirani su za pozicioniranje maline pi i baterije. SolidWorks i 3D ispisani dijelovi prikazani su s drugog pogleda.

Za izradu 3D modela spektakla koristili smo 3D pisač. 3D pisač može razviti prototip do maksimalne veličine 34,2 x 50,5 x 68,8 (D x Š x V) cm. Osim toga, materijal koji se koristi za razvoj modela naočala je filament od polilaktične kiseline (PLA), koji se lako dobiva i ima nisku cijenu. Svi dijelovi spektakla proizvode se u kući i postupak sastavljanja može se lako obaviti. Za razvoj modela spektakla potrebna je količina PLA s potpornim materijalom od približno 254 gm.

Korak 3: Sastavljanje komponenti

Sve komponente su sastavljene.

1. Umetnite malinu pi u 3D tiskani desni hram
2. Umetnite bateriju u 3D tiskani lijevi hram
3. Umetnite kameru ispred glavnog okvira gdje je stvorena rupa za kameru
4. Umetnite ultrazvučni senzor u navedenu rupu

Korak 4: Hardverske veze

Povezivanje svake komponente preslikano je s malinom pi i pokazano je da su okidač i eho pin prednjeg osjetnika povezani s GPIO8 i GPIO7 pinom maline pi. GPIO14 i GPIO15 povezuju okidač i eho pin osjetnika za otkrivanje rupa. Baterija i slušalice povezane su mikro USB napajanjem i audio priključkom porta maline pi.

Korak 5: Korisnički prototip

Slijepa djeca nose prototip i osjećaju se sretnim što hodaju u okruženju bez sudara s preprekama. Cjelokupni sustav daje dobro iskustvo tijekom testiranja sa slabovidnim osobama.

Korak 6: Zaključak i plan budućnosti

Glavni cilj ovog uputstva je razviti vodič za hodanje koji će pomoći osobama s oštećenjem vida da se samostalno kreću u okruženju. Sustav otkrivanja prepreka ima za cilj ukazati na prisutnost prepreka u okolici u smjerovima sprijeda, lijevo i desno. Sustav za otkrivanje rupa otkriva rupe na površini ceste. Ultrazvučni senzor i Rpi kamera koriste se za snimanje stvarnog okruženja razvijenog vodiča za hodanje. Udaljenost između prepreke i korisnika izračunava se analizom podataka s ultrazvučnih senzora. Slike rupa u početku se treniraju pomoću konvolucijske neuronske mreže, a rupe se otkrivaju hvatanjem jedne slike svaki put. Zatim se uspješno razvija prototip vodiča za hodanje s težinom od oko 360 g uključujući sve elektroničke komponente. Obavijesti korisnicima omogućuju prisutnost prepreka i rupa putem audio signala putem slušalica.

Na temelju teorijskog i eksperimentalnog rada provedenog tijekom ovog uputstva, preporučuje se daljnje istraživanje kako bi se poboljšala učinkovitost vodiča za hodanje baveći se sljedećim točkama.

• Razvijeni vodič za hodanje postao je pomalo glomazan zbog uporabe nekoliko elektroničkih komponenti. Na primjer, koristi se malina pi, ali ovdje se ne koriste sve funkcionalnosti maline pi. Stoga razvoj integriranog kruga specifičnog za primjenu (ASIC) s funkcionalnostima razvijenog vodiča za hodanje može smanjiti veličinu, težinu i cijenu prototipa
• U stvarnom okruženju, neke kritične prepreke s kojima se suočavaju osobe s oštećenjem vida su grbe na površini ceste, stubište, glatkoća površine ceste, voda na površini ceste itd. Međutim, razvijeni vodič za hodanje otkriva samo rupe na cesti površinski. Stoga poboljšanje vodiča za hodanje s obzirom na druge kritične smetnje može pridonijeti daljnjem istraživanju pomoći osobama s oštećenjem vida
• Sustav može otkriti prisutnost prepreka, ali ne može kategorizirati prepreke koje su bitne za osobe s oštećenim vidom u navigaciji. Semantička segmentacija okoline u pikselima može pridonijeti kategoriziranju prepreka okoline.