Kävelyopas näkövammaisten liikkuvuuden parantamiseen: 6 vaihetta

2025 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2025-01-13 06:57

Ohjeen tarkoitus on kehittää kävelyopas, jota vammaiset, erityisesti näkövammaiset voivat käyttää. Ohjattava aikoo tutkia, kuinka kävelyopasta voidaan käyttää tehokkaasti, jotta tämän kävelyoppaan kehittämistä koskevat suunnitteluvaatimukset voitaisiin muotoilla. Tavoitteen saavuttamiseksi tällä ohjeella on seuraavat erityistavoitteet.

• Suunnittele ja toteuta silmälasien prototyyppi ohjaamaan näkövammaisia
• Kehitetään kävelyopas, joka vähentää törmäystä esteiden kanssa näkövammaisille
• Kehitetään menetelmä kuopan havaitsemiseksi tien pinnalla

Kävelyoppaassa käytetään kolmea etäisyysmittausanturia (ultraääni -anturi), jotta este voidaan havaita kumpaankin suuntaan, mukaan lukien etu-, vasen- ja oikea -alue. Lisäksi järjestelmä tunnistaa tienpinnan kuoppia käyttämällä anturia ja konvoluutioverkkoa (CNN). Kehitetyn prototyypin kokonaiskustannukset ovat noin 140 dollaria ja paino noin 360 g, mukaan lukien kaikki elektroniset komponentit. Prototyypin komponentteja ovat 3D -tulostetut komponentit, vadelma pi, vadelma pi -kamera, ultraäänianturi jne.

Vaihe 1: Tarvittavat materiaalit

• 3D -tulostetut osat

  1. 1 x 3D -tulostettu vasen temppeli
  2. 1 x 3D -tulostettu oikea temppeli
  3. 1 x 3D -painettu pääkehys

• Elektroniikka ja mekaaniset osat

  1. 04 x Ultraäänianturi (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/) Litiumioniakku
  4. Johdot
  5. Kuulokkeet

• Työkalut

  1. Kuuma liima
  2. Kumivyö (https://www.amazon.com/Belts-Rubber-Power-Transmis…

Vaihe 2: 3D -tulostetut osat

Silmälasien prototyyppi mallinnetaan SolidWorksissa (3D -malli) ottaen huomioon kunkin elektronisen komponentin mitat. Mallinnuksessa etu -ultraääni -anturi on sijoitettu silmälasiin vain etuesteiden havaitsemiseksi, vasen ja oikea ultraäänianturi on asetettu 45 asteen kulmaan silmälasien keskipisteestä havaitakseen esteitä käyttäjän olkapäässä ja käsivarressa; toinen ultraäänianturi on sijoitettu kohti maata kuopan havaitsemiseksi. Rpi -kamera on sijoitettu spektaakkelin keskipisteeseen. Lisäksi spektaakkelin oikea ja vasen temppeli on suunniteltu asettamaan vadelmapi ja akku vastaavasti. SolidWorks ja 3D -tulostetut osat näytetään eri näkökulmasta.

Olemme käyttäneet 3D -tulostinta spektaakkelin 3D -mallin kehittämiseen. 3D -tulostin voi kehittää prototyypin, jonka enimmäiskoko on 34,2 x 50,5 x 68,8 (P x L x K) cm. Tämän lisäksi silmälasimallin kehittämiseen käytettävä materiaali on polymaitohappo (PLA) -hehkulankaa ja se on helppo hankkia ja se on edullinen. Kaikki spektaakkelin osat valmistetaan kotona ja kokoamisprosessi voidaan tehdä helposti. Silmälasimallin kehittämiseksi tarvitaan PLA: ta tukimateriaalilla noin 254 g.

Vaihe 3: Komponenttien kokoaminen

Kaikki komponentit on koottu.

1. Aseta vadelmapi 3D -tulostettuun oikeaan temppeliin
2. Aseta akku 3D -tulostettuun vasempaan temppeliin
3. Aseta kamera pääkehyksen eteen, jossa kameraan on tehty reikä
4. Aseta ultraäänianturi määritettyyn reikään

Vaihe 4: Laitteistoyhteydet

Kunkin komponentin liitäntä on kartoitettu vadelman pi kanssa ja osoitettu, että etusensorin liipaisin ja kaiutappi on kytketty vadelmapi: n GPIO8- ja GPIO7 -nastaan. GPIO14 ja GPIO15 yhdistävät kuoppia havaitsevan anturin liipaisimen ja kaiun. Akku ja kuulokkeet on liitetty vadelmapiikan Micro USB -virtalähteeseen ja ääniliitäntään.

Vaihe 5: Käyttäjän prototyyppi

Sokeat lapset käyttävät prototyyppiä ja tuntevat olevansa iloisia kävelemään ympäristössä ilman törmäyksiä esteisiin. Kokonaisjärjestelmä antaa hyvän kokemuksen näkövammaisten kanssa.

Vaihe 6: Johtopäätös ja tulevaisuuden suunnitelma

Tämän ohjeen päätavoite on kehittää kävelyopas, joka auttaa näkövammaisia liikkumaan itsenäisesti ympäristöissä. Esteiden havaitsemisjärjestelmän tarkoituksena on osoittaa esteiden läsnäolo ympäristössä edestä, vasemmalta ja oikealta. Reiän tunnistusjärjestelmä havaitsee tienpinnan kuoppia. Ultraäänianturia ja Rpi -kameraa käytetään kehittyneen kävelyoppaan reaalimaailman kuvaamiseen. Esteen ja käyttäjän välinen etäisyys lasketaan analysoimalla ultraäänianturien tiedot. Reiät kuvat koulutetaan aluksi käyttämällä konvoluutiovaiheista neuroverkkoa ja kuoppia havaitaan ottamalla yksi kuva joka kerta. Sitten kävelyoppaan prototyyppi kehitetään onnistuneesti, ja sen paino on noin 360 g, mukaan lukien kaikki elektroniset komponentit. Ilmoitus käyttäjille toimitetaan esteiden ja kuoppien läsnä ollessa kuulokkeiden äänisignaalien kautta.

Tämän ohjeen aikana tehdyn teoreettisen ja kokeellisen työn perusteella on suositeltavaa tehdä lisätutkimuksia kävelyoppaan tehokkuuden parantamiseksi käsittelemällä seuraavia kohtia.

• Kehitetystä kävelyoppaasta tuli hieman tilaa vievä useiden elektronisten komponenttien käytön vuoksi. Esimerkiksi vadelma pi käytetään, mutta kaikkia vadelma pi: n toimintoja ei käytetä tässä. Näin ollen sovelluskohtaisen integroidun piirin (ASIC) kehittäminen kehitetyn kävelyoppaan toiminnoilla voi vähentää prototyypin kokoa, painoa ja kustannuksia
• Todellisessa ympäristössä jotkut kriittiset esteet, joita näkövammaiset kohtaavat, ovat kuoppia tien pinnalla, portaikkojen tilanne, tienpinnan sileys, vesi tien pinnalla jne. Kehitetty kävelyopas havaitsee kuitenkin vain tien kuopat. pinta. Näin ollen kävelyoppaan parantaminen muiden kriittisten esteiden perusteella voi edistää näkövammaisten auttamista koskevaa lisätutkimusta
• Järjestelmä voi havaita esteiden olemassaolon, mutta ei voi luokitella esteitä, jotka ovat välttämättömiä näkövammaisille navigoinnissa. Ympäristön semanttinen pikselikohtainen segmentointi voi osaltaan luokitella ympäristöä ympäröivät esteet.