Průvodce pro zlepšení mobility zrakově postižených: 6 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:21

Cílem instruktážního kurzu je vyvinout průvodce pro pěší, který by mohli používat zdravotně postižení lidé, zejména zrakově postižení. Instructable má v úmyslu prozkoumat, jak lze efektivně používat průvodce, aby bylo možné formulovat konstrukční požadavky na vývoj tohoto průvodce. Pro splnění cíle má tento instruktáž následující konkrétní cíle.

• Navrhnout a implementovat prototyp brýlí, který povede zrakově postižené
• Vyvinout průvodce pro pěší, který sníží kolizi s překážkami pro zrakově postižené
• Vyvinout metodu pro detekci výmolů na povrchu vozovky

V průvodci pro chůzi jsou použity tři kusy snímačů měření vzdálenosti (ultrazvukový senzor), aby detekovaly překážku v každém směru, včetně předního, levého a pravého. Systém navíc detekuje výtluky na povrchu vozovky pomocí senzoru a konvoluční neuronové sítě (CNN). Celkové náklady na náš vyvinutý prototyp jsou přibližně 140 USD a hmotnost je přibližně 360 g včetně všech elektronických součástek. Komponenty použité pro prototyp jsou 3D tištěné komponenty, malinový pi, malinový pi fotoaparát, ultrazvukový senzor atd.

Krok 1: Potřebné materiály

• 3D tištěné díly

  1. 1 x 3D vytištěný levý chrám
  2. 1 x 3D vytištěný pravý chrám
  3. 1 x 3D tištěný hlavní rám

• Elektronika a mechanické součásti

  1. 04 x Ultrazvukový senzor (HC-SR04)
  2. Raspberry Pi B+ (https://www.raspberrypi.org/products/raspberry-pi-3-model-b-plus/)
  3. Kamera Raspberry Pi (https://www.raspberrypi.org/products/camera-module-v2/)Lithium-ion baterie
  4. Dráty
  5. Sluchátka

• Nástroje

  1. Horké lepidlo
  2. Gumový pás (https://www.amazon.com/Belts-Rubber-Power-Transmis…

Krok 2: 3D tištěné díly

Prototyp podívané je modelován v SolidWorks (3D model) s ohledem na rozměry jednotlivých elektronických součástek. Při modelování je přední ultrazvukový senzor umístěn v brýlích, aby detekoval pouze přední překážky, levý a pravý ultrazvukový senzor jsou nastaveny na 45 stupňů od středového bodu brýlí, aby detekovaly překážky v rameni a paži uživatele; další ultrazvukový senzor je umístěn směrem k zemi, aby detekoval výmol. Kamera Rpi je umístěna ve středu brýlí. Kromě toho je pravý a levý chrám podívané navržen tak, aby umístil malinový pi a baterii. SolidWorks a 3D tištěné díly jsou zobrazeny z jiného pohledu.

K vývoji 3D modelu podívané jsme použili 3D tiskárnu. 3D tiskárna může vyvinout prototyp až do maximální velikosti 34,2 x 50,5 x 68,8 (D x Š x V) cm. Kromě toho je materiálem, který se používá k vývoji modelu brýlí, vlákno z kyseliny polymléčné (PLA), které lze snadno získat a má nízké náklady. Všechny části brýlí jsou vyráběny doma a proces montáže lze snadno provést. K vývoji modelu podívané je zapotřebí množství PLA s podpůrným materiálem přibližně 254 g.

Krok 3: Sestavení komponent

Všechny součásti jsou sestaveny.

1. Vložte malinový pi do 3D vytištěného pravého chrámu
2. Vložte baterii do 3D vytištěného levého spánku
3. Vložte kameru do přední části hlavního rámu, kde je vytvořen otvor pro kameru
4. Vložte ultrazvukový senzor do určeného otvoru

Krok 4: Hardwarová připojení

Spojení každé komponenty je mapováno pomocí Raspberry Pi a ukazuje, že spouštěcí a echo pin předního senzoru je spojen s GPIO8 a GPIO7 pinem Raspberry Pi. GPIO14 a GPIO15 spojují spoušť a echo pin senzoru detekce výmole. Baterie a sluchátka jsou připojeny k napájecímu konektoru Micro USB a zvukovému konektoru Raspberry Pi.

Krok 5: Prototyp uživatele

Slepé děti nosí prototyp a cítí se šťastně, když chodí v prostředí bez kolize s překážkami. Celkový systém poskytuje dobré zkušenosti při testování se zrakově postiženými.

Krok 6: Závěr a plán budoucnosti

Hlavním cílem této instruktáže je vyvinout průvodce pro pěší, který pomůže zrakově postiženým lidem samostatně se pohybovat v prostředích. Cílem systému detekce překážek je indikovat přítomnost překážek v okolí ve směru vpředu, vlevo a vpravo. Systém detekce výmolů detekuje výmoly na povrchu vozovky. Ultrazvukový senzor a kamera Rpi slouží k zachycení prostředí skutečného světa vyvinutého průvodce. Vzdálenost mezi překážkou a uživatelem se vypočítá analýzou dat z ultrazvukových senzorů. Snímky výmolů se zpočátku trénují pomocí konvoluční neuronové sítě a výmoly jsou detekovány zachycením vždy jednoho obrazu. Poté byl úspěšně vyvinut prototyp průvodce pro pěší s hmotností asi 360 g včetně všech elektronických součástek. Oznámení pro uživatele je vybaveno přítomností překážek a výmolů prostřednictvím zvukových signálů ze sluchátek.

Na základě teoretické a experimentální práce provedené během tohoto pokynu se doporučuje, aby byl proveden další výzkum za účelem zlepšení účinnosti průvodce po procházení následujících bodů.

• Vyvinutý průvodce chůze se stal mírně objemným díky použití několika elektronických součástek. Například se používá malinový pi, ale zde se nepoužívají všechny funkce malinového pi. Proto vývoj integrovaného obvodu specifického pro aplikaci (ASIC) s funkcemi vyvinutého průvodce pro pěší může snížit velikost, hmotnost a náklady na prototyp
• V reálném světě jsou některými kritickými překážkami, se kterými se zrakově postižení lidé setkávají, hrby na povrchu vozovky, situace na schodišti, hladkost povrchu vozovky, voda na povrchu vozovky atd. Vyvinutý průvodce chůzí však detekuje pouze výmoly na silnici povrch. Vylepšení chůze s ohledem na další kritické překážky tedy může přispět k dalšímu výzkumu pomoci lidem se zrakovým postižením
• Systém dokáže detekovat přítomnost překážek, ale nedokáže kategorizovat překážky, které jsou zásadní pro zrakově postižené osoby v navigaci. Sémantická pixelová segmentace okolí může přispět ke kategorizaci překážek kolem prostředí.