Пешеходно ръководство за подобряване на мобилността на хора с увредено зрение: 6 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:51

Целта на инструктажа е да разработи пътеводител за ходене, който да може да се използва от хора с увреждания, особено с увредено зрение. Инструкторът възнамерява да проучи как ръководството за ходене може да се използва ефективно, така че да могат да бъдат формулирани изискванията за дизайн за разработването на това ръководство за ходене. За да изпълни целта, тази инструкция има следните специфични цели.

• Да се проектира и изпълни прототипът на зрелището, който да ръководи хората с увредено зрение
• Да се разработи пътеводител за ходене, за да се намали сблъсъкът с препятствията за хората с увредено зрение
• Да се разработи метод за откриване на дупки по пътната настилка

Три броя сензори за измерване на разстояние (ултразвуков сензор) се използват в ръководството за ходене, за да се открие препятствието във всяка посока, включително отпред, отляво и отдясно. Освен това системата открива дупките по пътната настилка с помощта на сензор и конволюционна невронна мрежа (CNN). Общата цена на нашия разработен прототип е приблизително 140 долара, а теглото е около 360 г, включително всички електронни компоненти. Компонентите, използвани за прототипа, са 3D отпечатани компоненти, малинов пи, малина пи камера, ултразвуков сензор и др.

Стъпка 1: Необходими материали

• 3D отпечатани части

  1. 1 x 3D отпечатан ляв храм
  2. 1 x 3D отпечатан десен храм
  3. 1 x 3D отпечатана основна рамка

• Електроника и механични части

  1. 04 x ултразвуков сензор (HC-SR04)
  2. Raspberry Pi B+ (https://www.raspberrypi.org/products/raspberry-pi-3-model-b-plus/)
  3. Raspberry pi камера (https://www.raspberrypi.org/products/camera-module-v2/) литиево-йонна батерия
  4. Проводници
  5. Слушалки

• Инструменти

  1. Горещо лепило
  2. Гумен колан (https://www.amazon.com/Belts-Rubber-Power-Transmis…

Стъпка 2: 3D отпечатани части

Прототипът на зрелището е моделиран в SolidWorks (3D модел), като се вземат предвид размерите на всеки електронен компонент. При моделирането предният ултразвуков сензор е разположен в очилото, за да открива само предните препятствия, левият и десният ултразвуков сензор са настроени на 45 градуса от централната точка на очилото, за да открият препятствия в рамото и ръката на потребителя; друг ултразвуков сензор е позициониран в посока към земята за откриване на дупки. Камерата Rpi е разположена в централната точка на зрелището. В допълнение, десният и левият храм на зрелището са проектирани да позиционират съответно малиновото пи и батерията. SolidWorks и 3D отпечатаните части са показани от различен изглед.

Използвахме 3D принтер, за да разработим 3D модела на зрелището. 3D принтерът може да разработи прототип до максимален размер от 34,2 x 50,5 x 68,8 (Д x Ш x В) cm. Освен това материалът, който се използва за разработване на модела на зрелището, е нишка от полимолочна киселина (PLA) и е лесна за получаване и евтина. Всички части на зрелището се произвеждат вкъщи и процесът на сглобяване може лесно да се извърши. За да се разработи моделът на зрелището, е необходимо количеството PLA с поддържащ материал приблизително 254 gm.

Стъпка 3: Сглобяване на компонентите

Всички компоненти са сглобени.

1. Поставете малиновото пи в 3D отпечатания десен слепоочие
2. Поставете батерията в 3D отпечатаното ляво слепоочие
3. Поставете камерата пред предната част на основната рамка, където е създаден отворът за камерата
4. Поставете ултразвуковия сензор в посочения отвор

Стъпка 4: Хардуерни връзки

Връзката на всеки компонент се картографира с малиновото пи и се показва, че задействащият и ехо пинът на предния сензор е свързан с щифта GPIO8 и GPIO7 на малиновия пи. GPIO14 и GPIO15 свързват спусъка и ехото на сензора за откриване на дупки. Батерията и слушалките са свързани с Micro USB захранване и аудио жак порт на малинов пи.

Стъпка 5: Потребителски прототип

Слепи деца носят прототипа и се чувстват щастливи да ходят в околната среда без сблъсък с препятствия. Цялостната система дава добър опит при тестване с хора със зрителни увреждания.

Стъпка 6: Заключение и план за бъдещето

Основната цел на тази инструкция е да се разработи пътеводител за ходене, който да помогне на хората с увредено зрение да се ориентират независимо в среда. Системата за откриване на препятствия има за цел да покаже наличието на препятствия около околностите по посоките на предната, лявата и дясната страна. Системата за откриване на дупки открива дупките по пътната настилка. Ултразвуковият сензор и Rpi камерата се използват за улавяне на реалната среда на разработения пътеводител. Разстоянието между препятствието и потребителя се изчислява чрез анализ на данните от ултразвуковите сензори. Изображенията с дупки първоначално се обучават с помощта на конволюционна невронна мрежа и дупките се откриват чрез заснемане на едно изображение всеки път. След това прототипът на ръководството за ходене се разработва успешно с тегло около 360 g, включващо всички електронни компоненти. Уведомяването на потребителите се осигурява с наличието на препятствия и дупки чрез аудио сигнали чрез слушалки.

Въз основа на теоретичната и експерименталната работа, извършена по време на тази инструкция, се препоръчва да се направят допълнителни изследвания за подобряване на ефективността на ръководството за ходене, като се обърне внимание на следните точки.

• Разработеното ръководство за ходене стана леко обемисто поради използването на няколко електронни компонента. Например, малиновото пи се използва, но всички функции на малиновото пи не се използват тук. Следователно разработването на специфична за приложението интегрална схема (ASIC) с функционалностите на разработеното ръководство за ходене може да намали размера, теглото и цената на прототипа
• В реална среда някои критични пречки, пред които са изправени хората с увредено зрение, са гърбиците на пътната настилка, стълбището, гладкостта на пътната настилка, водата по пътната настилка и др. Разработеното ръководство за ходене открива само дупките по пътя повърхност. По този начин подобряването на ръководството за ходене, като се вземат предвид други критични пречки, може да допринесе за по -нататъшните изследвания за подпомагане на хора със зрителни увреждания
• Системата може да открие наличието на препятствия, но не може да категоризира пречките, които са от съществено значение за хората с увредено зрение в навигацията. Семантичното пикселно сегментиране на обкръжението може да допринесе за категоризиране на препятствията около околната среда.