Pohodniški vodnik za izboljšanje mobilnosti slabovidnih: 6 korakov

2025 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2025-01-23 15:08

Cilj poučevanja je razviti vodnik za hojo, ki bi ga lahko uporabljale invalidne osebe, zlasti slabovidne. Učitelj namerava raziskati, kako lahko vodnik za hojo učinkovito uporabljamo, da bi lahko oblikovali oblikovalske zahteve za razvoj tega vodnika za hojo. Za izpolnitev cilja ima ta instruktor naslednje posebne cilje.

• Oblikovanje in izvedba prototipa očal za vodenje slabovidnih
• Razviti vodnik za hojo za zmanjšanje trčenja z ovirami za slabovidne osebe
• Razviti metodo za odkrivanje lukenj na površini ceste

Trije kosi senzorjev za merjenje razdalje (ultrazvočni senzor) se uporabljajo v vodniku za hojo, da zaznajo oviro v vsaki smeri, vključno spredaj, levo in desno. Poleg tega sistem zazna senčne luknje na površini ceste s senzorjem in konvolucijskim nevronskim omrežjem (CNN). Skupni stroški našega razvitega prototipa so približno 140 USD, teža pa okoli 360 g, vključno z vsemi elektronskimi komponentami. Komponente, ki se uporabljajo za prototip, so 3D tiskane komponente, malina pi, kamera maline pi, ultrazvočni senzor itd.

Korak: Potrebni materiali

• 3D natisnjeni deli

  1. 1 x 3D natisnjen levi tempelj
  2. 1 x 3D natisnjen desni tempelj
  3. 1 x 3D tiskan glavni okvir

• Elektronika in mehanski deli

  1. 04 x ultrazvočni 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. Slušalke
• Orodja
  1. Vroče lepilo
  2. Gumijasti pas (https://www.amazon.com/Belts-Rubber-Power-Transmis…

2. korak: 3D natisnjeni deli

Prototip očal je modeliran v SolidWorksu (3D model) glede na dimenzije vsake elektronske komponente. Pri modeliranju je sprednji ultrazvočni senzor nameščen v očalu, da zazna samo sprednje ovire, levi in desni ultrazvočni senzor pa je nastavljen na 45 stopinj od središča očal, da zaznajo ovire v rami in roki uporabnika; drug ultrazvočni senzor je nameščen proti tlom obrnjen proti detekciji luknjic. Kamera Rpi je postavljena na sredino očala. Poleg tega sta desni in levi tempelj očal zasnovana tako, da pozicionirata malinovo pi in baterijo. SolidWorks in 3D natisnjeni deli so prikazani z drugega pogleda.

Za izdelavo 3D modela spektakla smo uporabili 3D tiskalnik. 3D tiskalnik lahko razvije prototip do največje velikosti 34,2 x 50,5 x 68,8 (D x Š x V) cm. Poleg tega je material, ki se uporablja za razvoj modela očal, filament polilaktične kisline (PLA), ki ga je enostavno dobiti in je poceni. Vsi deli spektakla se proizvajajo doma, postopek sestavljanja pa je enostavno opraviti. Za razvoj modela očal je potrebna količina PLA s podpornim materialom približno 254 gm.

3. korak: Sestavljanje komponent

Vse komponente so sestavljene.

1. Vstavite malinovo pi v 3D natisnjen desni tempelj
2. Baterijo vstavite v 3D natisnjeno levo tempelj
3. Kamero vstavite pred glavni okvir, kjer je ustvarjena luknja za kamero
4. Ultrazvočni senzor vstavite v določeno luknjo

4. korak: Povezave strojne opreme

Povezava vsake komponente je preslikana z malinovim pi in prikazana, da sta sprožilni in odmevni zatič sprednjega senzorja povezana z zatičema GPIO8 in GPIO7 maline pi. GPIO14 in GPIO15 povezujeta sprožilec in odmevni zatič senzorja za zaznavanje luknjic. Baterija in slušalke so povezani z vhodom Micro USB in vhodom za avdio priključek maline pi.

5. korak: Prototip uporabnika

Slepi otroci nosijo prototip in z veseljem hodijo v okolje brez trčenja z ovirami. Celoten sistem daje dobre izkušnje pri testiranju pri slabovidnih.

Korak 6: Zaključek in prihodnji načrt

Glavni cilj tega pouka je razviti vodnik za hojo, ki bi ljudem s slabovidnostjo pomagal pri samostojni navigaciji v okoljih. Namen sistema za odkrivanje ovir je prikazati prisotnost ovir v okolici v smeri spredaj, levo in desno. Sistem za zaznavanje lukenj zazna luknje na površini ceste. Ultrazvočni senzor in Rpi kamera se uporabljata za zajem realnega okolja razvitega vodnika za hojo. Razdalja med oviro in uporabnikom se izračuna z analizo podatkov iz ultrazvočnih senzorjev. Slike luknjic se sprva trenirajo s konvolucijsko nevronsko mrežo, luknje pa se zaznajo tako, da se vsakič posname ena sama slika. Nato se prototip vodnika za hojo uspešno razvije s težo okoli 360 g, vključno z vsemi elektronskimi komponentami. Obvestila uporabnikom zagotavljajo prisotnost ovir in luknjic prek zvočnih signalov prek slušalk.

Na podlagi teoretičnega in eksperimentalnega dela, opravljenega med tem poukom, je priporočljivo, da se izvedejo dodatne raziskave za izboljšanje učinkovitosti vodnika za hojo z obravnavanjem naslednjih točk.

• Razviti vodnik za hojo je zaradi uporabe več elektronskih komponent postal nekoliko obsežen. Na primer, uporablja se malina pi, vendar vse funkcije maline pi tukaj niso uporabljene. Zato lahko razvoj integriranega vezja, specifičnega za uporabo (ASIC), s funkcijami razvitega vodnika za hojo zmanjša velikost, težo in stroške prototipa
• V resničnem okolju so nekatere kritične ovire, s katerimi se soočajo slabovidne osebe, grbine na površini ceste, stopnišča, gladkost ceste, voda na površini ceste itd. Vendar pa razviti vodnik za hojo zazna le luknje na cesti. površino. Tako bi lahko izboljšanje vodnika za hojo ob upoštevanju drugih kritičnih ovir prispevalo k nadaljnjim raziskavam za pomoč slabovidnim osebam
• Sistem lahko zazna prisotnost ovir, vendar ne more razvrstiti ovir, ki so bistvene za slabovidne osebe pri navigaciji. Semantična segmentacija okolice po pikslih lahko prispeva k razvrščanju ovir okoli okolja.