Peší sprievodca k zvýšeniu mobility zrakovo postihnutých ľudí: 6 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:57

Cieľom pokynu je vyvinúť sprievodcu pre peších, ktorý by mohli používať zdravotne postihnutí ľudia, najmä zrakovo postihnutí. Inštruktor má v úmysle preskúmať, ako sa dá sprievodca chôdzou efektívne využívať, aby bolo možné formulovať konštrukčné požiadavky na vývoj tohto sprievodcu. Na splnenie cieľa má tento pokyn nasledujúce konkrétne ciele.

• Navrhnúť a implementovať prototyp okuliarov, ktorý by sprevádzal zrakovo postihnutých ľudí
• Vyvinúť sprievodcu pre peších na zníženie kolízií s prekážkami pre zrakovo postihnutých ľudí
• Vyvinúť metódu na detekciu výmoľov na povrchu vozovky

V sprievodcovi pochodu sa používajú tri kusy senzorov merania vzdialenosti (ultrazvukový senzor), ktoré umožňujú detekovať prekážku v každom smere vrátane predného, ľavého a pravého. Systém navyše detekuje výtlky na povrchu vozovky pomocou senzora a konvolučnej neurónovej siete (CNN). Celkové náklady na náš vyvinutý prototyp sú približne 140 dolárov a hmotnosť je približne 360 g vrátane všetkých elektronických súčiastok. Komponenty použité pre prototyp sú 3D tlačené komponenty, malina pi, kamera malina pi, ultrazvukový senzor atď.

Krok 1: Potrebný materiál

• 3D tlačené diely

  1. 1 x 3D tlačený ľavý chrám
  2. 1 x 3D tlačený pravý chrám
  3. 1 x 3D vytlačený hlavný rám

• Elektronika a mechanické súčiastky

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

• Nástroje

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

Krok 2: 3D tlačené diely

Prototyp okuliaru je modelovaný v SolidWorks (3D model) s prihliadnutím na rozmery jednotlivých elektronických komponentov. Pri modelovaní je predný ultrazvukový senzor umiestnený v okuliaroch, aby detekoval iba predné prekážky, ľavý a pravý ultrazvukový snímač sú nastavené na 45 stupňov od stredového bodu okuliarov, aby detekovali prekážky v ramene a ramene používateľa; ďalší ultrazvukový snímač je umiestnený smerom k zemi, aby detekoval výmol. Fotoaparát Rpi je umiestnený v stredovom bode okuliarov. Pravý a ľavý spánok okuliarov je navyše navrhnutý tak, aby umiestnil malinový pi a batériu. SolidWorks a 3D tlačené diely sú zobrazené z iného pohľadu.

Na vývoj 3D modelu okuliarov sme použili 3D tlačiareň. 3D tlačiareň dokáže vyvinúť prototyp až do maximálnej veľkosti 34,2 x 50,5 x 68,8 (d x š x v) cm. Okrem toho je materiálom, ktorý sa používa na vývoj modelu okuliarov, vlákno z kyseliny polymliečnej (PLA) a je ľahké ho získať a má nízke náklady. Všetky časti okuliarov sa vyrábajú doma a montážny proces je možné ľahko vykonať. Na vývoj modelu okuliarov je potrebné množstvo PLA s podporným materiálom približne 254 g.

Krok 3: Zostavenie komponentov

Všetky komponenty sú zmontované.

1. Vložte malinový pi do 3D vytlačeného pravého spánku
2. Vložte batériu do 3D vytlačeného ľavého spánku
3. Fotoaparát vložte do prednej časti hlavného rámu, kde je vytvorený otvor pre fotoaparát
4. Vložte ultrazvukový snímač do určeného otvoru

Krok 4: Pripojenie hardvéru

Pripojenie každého komponentu je mapované pomocou malinového pi a ukazuje, že kolík spúšte a ozveny predného senzora je spojený s kolíkom GPIO8 a GPIO7 malinového pi. GPIO14 a GPIO15 spájajú spúšť a echo pin snímača detekcie výmole. Batéria a slúchadlá sú prepojené s portom Micro USB a zvukovým konektorom Raspberry Pi.

Krok 5: Prototyp používateľa

Slepé deti nosia prototyp a cítia sa šťastne, keď sa pohybujú v prostredí bez kolízií s prekážkami. Celkový systém poskytuje dobré skúsenosti pri testovaní so zrakovo postihnutými.

Krok 6: Záver a plán do budúcnosti

Hlavným cieľom tohto návodu je vyvinúť sprievodcu pre peších, ktorý by zrakovo postihnutým pomohol pri samostatnej navigácii v prostredí. Cieľom systému detekcie prekážok je indikovať prítomnosť prekážok v okolí v smere vpredu, vľavo a vpravo. Systém detekcie výmoľov detekuje výmoly na povrchu vozovky. Ultrazvukový senzor a kamera Rpi slúžia na zachytenie prostredia skutočného sveta vyvinutého sprievodcu. Vzdialenosť medzi prekážkou a používateľom sa vypočíta analyzovaním údajov z ultrazvukových senzorov. Obrázky výmoľov sa spočiatku trénujú pomocou konvolučnej neurónovej siete a výmoly sa detegujú zakaždým zachytením jedného obrazu. Potom bol úspešne vyvinutý prototyp sprievodcu s hmotnosťou asi 360 g vrátane všetkých elektronických súčiastok. Oznámenie pre používateľov je vybavené zvukovými signálmi prostredníctvom slúchadiel s prítomnosťou prekážok a výmoľov.

Na základe teoretickej a experimentálnej práce vykonanej počas tohto pokynu sa odporúča, aby bol vykonaný ďalší výskum na zlepšenie účinnosti sprievodcu pri chôdzi riešením nasledujúcich bodov.

• Vyvinutý sprievodca pre chôdzu sa stal mierne objemným kvôli použitiu niekoľkých elektronických súčiastok. Napríklad sa používa malinový pi, ale nepoužívajú sa tu všetky funkcie malinového pi. Preto vývoj integrovaného obvodu špecifického pre aplikáciu (ASIC) s funkciami vyvinutého sprievodcu môže znížiť veľkosť, hmotnosť a náklady na prototyp
• V prostredí skutočného sveta sú niektorými kritickými prekážkami, ktorým čelia zrakovo postihnutí ľudia, hrby na povrchu vozovky, situácia na schodisku, hladkosť povrchu vozovky, voda na povrchu vozovky atď. Vyvinutý sprievodca pre chôdzu však detekuje iba diery na ceste. povrchu. Vylepšenie sprievodcu chôdzou vzhľadom na ďalšie kritické prekážky môže teda prispieť k ďalšiemu výskumu pomoci ľuďom so zrakovým postihnutím
• Systém dokáže detekovať prítomnosť prekážok, ale nemôže kategorizovať prekážky, ktoré sú nevyhnutné pre zrakovo postihnutých ľudí v navigácii. Sémantická pixelová segmentácia okolia môže prispieť k kategorizácii prekážok okolo prostredia.