Pješački vodič za poboljšanje mobilnosti osoba sa oštećenim vidom: 6 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:05

Cilj instruktora je razviti vodič za hodanje koji mogu koristiti osobe sa invaliditetom, posebno osobe sa oštećenim vidom. Instruktor namjerava istražiti kako se vodič za hodanje može učinkovito koristiti, kako bi se mogli formulirati zahtjevi dizajna za razvoj ovog vodiča za hodanje. Da bi ispunio cilj, ova instrukcija ima sljedeće posebne ciljeve.

• Dizajnirati i implementirati prototip naočala za usmjeravanje osoba sa oštećenim vidom
• Razviti vodič za hodanje kako bi se smanjio sudar s preprekama za osobe sa oštećenim vidom
• Razviti metodu za otkrivanje rupa na površini puta

Tri dijela senzora za mjerenje udaljenosti (ultrazvučni senzor) koriste se u vodiču za hodanje kako bi otkrili prepreku u svakom smjeru, uključujući prednji, lijevi i desni. Osim toga, sistem detektuje rupe na površini puta pomoću senzora i konvolucione neuronske mreže (CNN). Ukupna cijena našeg razvijenog prototipa je približno 140 USD, a težina je oko 360 g uključujući sve elektroničke komponente. Komponente koje se koriste za prototip su 3D štampane komponente, malina pi, kamera maline pi, ultrazvučni senzor itd.

Korak 1: Potrebni materijali

• 3D štampani delovi

  1. 1 x 3D štampani levi hram
  2. 1 x 3D štampani desni hram
  3. 1 x 3D štampani 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. Slušalice

• Alati

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

Korak 2: 3D štampani dijelovi

Prototip naočara modeliran je u SolidWorksu (3D model) uzimajući u obzir dimenzije svake elektroničke komponente. U modelovanju, prednji ultrazvučni senzor je postavljen u naočaru za detekciju samo prednjih prepreka, lijevi i desni ultrazvučni senzor postavljeni su na 45 stepeni od središnje tačke naočala kako bi se otkrile prepreke unutar ramena i ruke korisnika; drugi ultrazvučni senzor postavljen je prema tlu okrenut radi otkrivanja rupa. Rpi kamera je postavljena u središnju točku spektakla. Osim toga, desni i lijevi hram naočala dizajnirani su za pozicioniranje maline pi i baterije. SolidWorks i 3D štampani delovi prikazani su iz drugog prikaza.

Za izradu 3D modela spektakla koristili smo 3D štampač. 3D štampač 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 naočara je filament od polilaktične kiseline (PLA), koji se lako dobija i jeftin je. Svi dijelovi spektakla proizvode se u kući i postupak sastavljanja se može lako obaviti. Za razvoj modela spektakla potrebna je količina PLA s pomoćnim materijalom od približno 254 gm.

Korak 3: Sklapanje komponenti

Sve komponente su sastavljene.

1. Umetnite malinu pi u 3D štampani desni hram
2. Umetnite bateriju u 3D štampani 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

Veza svake komponente je preslikana sa malinom pi i pokazano je da su okidač i eho pin prednjeg senzora povezani sa GPIO8 i GPIO7 pinom maline pi. GPIO14 i GPIO15 povezuju okidač i eho pin senzora za otkrivanje rupa. Baterija i slušalice su povezane 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 sa preprekama. Cjelokupni sistem daje dobro iskustvo tokom testiranja sa slabovidim osobama.

Korak 6: Zaključak i plan budućnosti

Glavni cilj ovog uputstva je razviti vodič za hodanje koji će pomoći osobama sa oštećenim vidom da se samostalno kreću u okruženju. Sustav otkrivanja prepreka ima za cilj ukazati na prisutnost prepreka u okolici u smjerovima sprijeda, lijevo i desno. Sistem za otkrivanje rupa otkriva rupe na površini puta. 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 se inicijalno treniraju pomoću konvolucijske neuronske mreže, a rupe se otkrivaju hvatanjem jedne slike svaki put. Zatim se uspješno razvija prototip vodiča za hodanje, težine 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 efikasnost vodiča za hodanje baveći se sljedećim točkama.

• Razvijeni vodič za hodanje postao je pomalo glomazan zbog upotrebe nekoliko elektroničkih komponenti. Na primjer, koristi se malinovo pi, ali ovdje se ne koriste sve funkcionalnosti malinovog pi. Stoga razvoj integriranog kruga specifičnog za aplikaciju (ASIC) sa funkcionalnostima razvijenog vodiča za hodanje može smanjiti veličinu, težinu i cijenu prototipa
• U stvarnom okruženju, neke kritične prepreke s kojima se suočavaju osobe sa oštećenim vidom su grbe na površini puta, stubište, glatkoća površine puta, voda na površini puta itd. Međutim, razvijeni vodič za hodanje otkriva samo rupe na putu površine. Stoga poboljšanje vodiča za hodanje s obzirom na druge kritične smetnje može doprinijeti daljnjim istraživanjima za pomoć osobama s oštećenjem vida
• Sistem može otkriti prisutnost prepreka, ali ne može kategorizirati prepreke koje su bitne za osobe sa oštećenim vidom u navigaciji. Semantička segmentacija okoline u pikselima može doprinijeti kategorizaciji prepreka u okolini.