Οδηγός για την ενίσχυση της κινητικότητας των ατόμων με προβλήματα όρασης: 6 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:34

Ο στόχος του διδάσκοντος είναι να αναπτύξει έναν οδηγό πεζοπορίας που μπορεί να χρησιμοποιηθεί από άτομα με ειδικές ανάγκες, ειδικά για άτομα με προβλήματα όρασης. Ο εκπαιδευτικός σκοπεύει να διερευνήσει πώς μπορεί να χρησιμοποιηθεί αποτελεσματικά ο οδηγός περπατήματος, έτσι ώστε να μπορούν να διατυπωθούν οι απαιτήσεις σχεδιασμού για την ανάπτυξη αυτού του οδηγού πεζοπορίας. Για την εκπλήρωση του στόχου, αυτό το εκπαιδευτικό έχει τους ακόλουθους συγκεκριμένους στόχους.

• Σχεδιάστε και εφαρμόστε το πρωτότυπο του γυαλιού για να καθοδηγήσετε τα άτομα με προβλήματα όρασης
• Να αναπτύξει έναν οδηγό βάδισης για τη μείωση της σύγκρουσης με εμπόδια για άτομα με προβλήματα όρασης
• Να αναπτυχθεί μια μέθοδος ανίχνευσης λακκοειδών στην επιφάνεια του δρόμου

Τρία κομμάτια αισθητήρων μέτρησης απόστασης (υπερηχητικός αισθητήρας) χρησιμοποιούνται στον οδηγό βάδισης για να ανιχνεύσουν το εμπόδιο σε κάθε κατεύθυνση, συμπεριλαμβανομένων εμπρός, αριστερά και δεξιά. Επιπλέον, το σύστημα ανιχνεύει τις λακκούβες στην επιφάνεια του δρόμου χρησιμοποιώντας αισθητήρα και συνελικτικό νευρωνικό δίκτυο (CNN). Το συνολικό κόστος του αναπτυγμένου πρωτοτύπου μας είναι περίπου 140 $ και το βάρος είναι περίπου 360 g συμπεριλαμβανομένων όλων των ηλεκτρονικών εξαρτημάτων. Τα εξαρτήματα που χρησιμοποιούνται για το πρωτότυπο είναι τρισδιάστατα τυπωμένα εξαρτήματα, βατόμουρο πι, κάμερα βατόμουρου πι, αισθητήρας υπερήχων κ.λπ.

Βήμα 1: Απαιτούνται υλικά

• Τρισδιάστατα εκτυπωμένα ανταλλακτικά

  1. 1 x τρισδιάστατος εκτυπωμένος αριστερός ναός
  2. 1 x τρισδιάστατη εκτύπωση δεξιού ναού
  3. 1 x 3D εκτυπωμένο κύριο πλαίσιο

• Ηλεκτρονικά και Μηχανικά ανταλλακτικά

  1. 04 x Αισθητήρας υπερήχων (HC-SR04)
  2. Raspberry Pi B+ (https://www.raspberrypi.org/products/raspberry-pi-3-model-b-plus/)
  3. Κάμερα Raspberry pi (https://www.raspberrypi.org/products/camera-module-v2/)Μπαταρία ιόντων λιθίου
  4. Καλώδια
  5. Ακουστικά

• Εργαλεία

  1. Ζεστή κόλλα
  2. Καουτσούκ Ζώνη (https://www.amazon.com/Belts-Rubber-Power-Transmis…

Βήμα 2: Τμήματα εκτυπωμένων 3D

Το πρωτότυπο του γυαλιού διαμορφώνεται στο SolidWorks (μοντέλο 3D) λαμβάνοντας υπόψη τη διάσταση κάθε ηλεκτρονικού εξαρτήματος. Στη μοντελοποίηση, ο μπροστινός αισθητήρας υπερήχων είναι τοποθετημένος στο γυαλί για να ανιχνεύει μόνο τα εμπρόσθια εμπόδια, ο αριστερός και ο δεξιός αισθητήρας υπερήχων έχουν ρυθμιστεί σε 45 μοίρες από το κέντρο του θεάματος για να ανιχνεύσουν εμπόδια στον ώμο και το χέρι του χρήστη. ένας άλλος αισθητήρας υπερήχων τοποθετείται προς το έδαφος που βλέπει για την ανίχνευση λακκούβας. Η κάμερα Rpi βρίσκεται στο κέντρο του θεάματος. Επιπλέον, ο δεξιός και ο αριστερός κρόταφος του θεάματος έχουν σχεδιαστεί για να τοποθετούν το raspberry pi και την μπαταρία αντίστοιχα. Τα τμήματα SolidWorks και 3D εκτύπωσης εμφανίζονται από διαφορετική προβολή.

Χρησιμοποιήσαμε τρισδιάστατο εκτυπωτή για να αναπτύξουμε το τρισδιάστατο μοντέλο του γυαλιού. Ο τρισδιάστατος εκτυπωτής μπορεί να αναπτύξει ένα πρωτότυπο έως μέγιστο μέγεθος 34,2 x 50,5 x 68,8 (Π x Π x Υ) cm. Εκτός από αυτό, το υλικό που χρησιμοποιείται για την ανάπτυξη του μοντέλου του γυαλιού είναι το νήμα Πολυγαλακτικού οξέος (PLA) και είναι εύκολο να αποκτηθεί και με χαμηλό κόστος. Όλα τα μέρη του γυαλιού παράγονται στο σπίτι και η διαδικασία συναρμολόγησης μπορεί εύκολα να γίνει. Για να αναπτυχθεί το μοντέλο του θεάματος, απαιτείται ποσότητα PLA με υλικό στήριξης περίπου 254gm.

Βήμα 3: Συναρμολόγηση των εξαρτημάτων

Όλα τα εξαρτήματα είναι συναρμολογημένα.

1. Τοποθετήστε το βατόμουρο pi στον τρισδιάστατο εκτυπωμένο κρόταφο
2. Τοποθετήστε την μπαταρία στον τρισδιάστατο εκτυπωμένο αριστερό κρόταφο
3. Τοποθετήστε την κάμερα στο μπροστινό μέρος του κύριου πλαισίου όπου δημιουργείται η τρύπα για την κάμερα
4. Τοποθετήστε τον αισθητήρα υπερήχων στην καθορισμένη οπή

Βήμα 4: Συνδέσεις υλικού

Η σύνδεση κάθε εξαρτήματος χαρτογραφείται με το βατόμουρο pi και φαίνεται ότι η σκανδάλη και ο πείρος ηχούς του μπροστινού αισθητήρα συνδέονται με την καρφίτσα GPIO8 και GPIO7 του raspberry pi. Τα GPIO14 και GPIO15 συνδέουν τη σκανδάλη και τον πείρο ηχώ του αισθητήρα ανίχνευσης λακκούβας. Η μπαταρία και τα ακουστικά συνδέονται με τροφοδοσία Micro USB και θύρα υποδοχής ήχου του raspberry pi.

Βήμα 5: Πρωτότυπο χρήστη

Ένα τυφλό παιδί φοράει το πρωτότυπο και αισθάνεται ευτυχισμένο που περπατά στο περιβάλλον χωρίς καμία σύγκρουση με εμπόδια. Το συνολικό σύστημα δίνει μια καλή εμπειρία κατά τη δοκιμή με άτομα με προβλήματα όρασης.

Βήμα 6: Συμπέρασμα και μελλοντικό σχέδιο

Ο κύριος στόχος αυτού του οδηγού είναι να αναπτύξει έναν οδηγό πεζοπορίας για να βοηθήσει τα άτομα με προβλήματα όρασης να πλοηγηθούν ανεξάρτητα σε περιβάλλοντα. Το σύστημα ανίχνευσης εμποδίων στοχεύει να υποδείξει την παρουσία εμποδίων γύρω από το περιβάλλον στις κατευθύνσεις εμπρός, αριστερά και δεξιά. Το σύστημα ανίχνευσης λακκούβας ανιχνεύει τις λακκούβες στην επιφάνεια του δρόμου. Ο αισθητήρας υπερήχων και η κάμερα Rpi χρησιμοποιούνται για να καταγράψουν το πραγματικό περιβάλλον του αναπτυγμένου οδηγού περπατήματος. Η απόσταση μεταξύ του εμποδίου και του χρήστη υπολογίζεται αναλύοντας τα δεδομένα από τους αισθητήρες υπερήχων. Οι εικόνες λακκούβας εκπαιδεύονται αρχικά χρησιμοποιώντας συνελικτικό νευρωνικό δίκτυο και οι λακκούβες ανιχνεύονται με τη λήψη μιας μόνο εικόνας κάθε φορά. Στη συνέχεια, το πρωτότυπο του οδηγού περπατήματος αναπτύσσεται επιτυχώς με βάρος περίπου 360 g συμπεριλαμβανομένων όλων των ηλεκτρονικών εξαρτημάτων. Η ειδοποίηση προς τους χρήστες παρέχεται με την παρουσία εμποδίων και λακκοειδών μέσω ηχητικών σημάτων μέσω ακουστικών.

Με βάση τη θεωρητική και πειραματική εργασία που πραγματοποιήθηκε κατά τη διάρκεια αυτού του διδακτέου, συνιστάται η περαιτέρω έρευνα που θα μπορούσε να γίνει για τη βελτίωση της αποτελεσματικότητας του οδηγού περπατήματος, εξετάζοντας τα ακόλουθα σημεία.

• Ο ανεπτυγμένος οδηγός βάδισης έγινε ελαφρώς ογκώδης λόγω της χρήσης πολλών ηλεκτρονικών εξαρτημάτων. Για παράδειγμα, χρησιμοποιείται το raspberry pi αλλά όλες οι λειτουργίες του raspberry pi δεν χρησιμοποιούνται εδώ. Ως εκ τούτου, η ανάπτυξη ενός Ολοκληρωμένου Κυκλώματος Ειδικής Εφαρμογής (ASIC) με τις λειτουργίες του ανεπτυγμένου οδηγού περπατήματος μπορεί να μειώσει το μέγεθος, το βάρος και το κόστος του πρωτοτύπου
• Σε πραγματικό περιβάλλον, ορισμένα σημαντικά εμπόδια που αντιμετωπίζουν τα άτομα με προβλήματα όρασης είναι οι καμπούρες στην επιφάνεια του δρόμου, η κατάσταση της σκάλας, η ομαλότητα του δρόμου, το νερό στην επιφάνεια του δρόμου κ.λπ. Ωστόσο, ο ανεπτυγμένος οδηγός βάδισης εντοπίζει μόνο τις λακκούβες στο δρόμο επιφάνεια. Έτσι, η ενίσχυση του οδηγού περπατήματος λαμβάνοντας υπόψη άλλα κρίσιμα εμπόδια μπορεί να συμβάλει στην περαιτέρω έρευνα για την παροχή βοήθειας σε άτομα με προβλήματα όρασης
• Το σύστημα μπορεί να ανιχνεύσει την παρουσία εμποδίων αλλά δεν μπορεί να κατηγοριοποιήσει τα εμπόδια, τα οποία είναι απαραίτητα για τα άτομα με προβλήματα όρασης στην πλοήγηση. Η σημασιολογική κατάτμηση των pixel του περιβάλλοντος μπορεί να συμβάλει στην κατηγοριοποίηση των εμποδίων γύρω από το περιβάλλον.