Ceļvedis redzes invalīdu mobilitātes uzlabošanai: 6 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:54

Instrukcijas mērķis ir izstrādāt pastaigu ceļvedi, ko var izmantot cilvēki ar īpašām vajadzībām, jo īpaši vājredzīgie. Instrukcija plāno izpētīt, kā gājēju ceļvedi var efektīvi izmantot, lai varētu noformulēt šīs staigāšanas rokasgrāmatas izstrādes dizaina prasības. Lai sasniegtu mērķi, šai pamācībai ir šādi konkrēti mērķi.

• Izstrādāt un īstenot briļļu prototipu, lai palīdzētu cilvēkiem ar redzes traucējumiem
• Izstrādāt gājēju ceļvedi, lai samazinātu redzes invalīdu sadursmi ar šķēršļiem
• Izstrādāt metodi bedrīšu noteikšanai uz ceļa virsmas

Ejotājā tiek izmantoti trīs attāluma mērīšanas sensori (ultraskaņas sensors), lai noteiktu šķērsli katrā virzienā, ieskaitot priekšējo, kreiso un labo. Turklāt sistēma nosaka bedrītes uz ceļa virsmas, izmantojot sensoru un konvolucionālo neironu tīklu (CNN). Mūsu izstrādātā prototipa kopējās izmaksas ir aptuveni 140 USD, un svars ir aptuveni 360 g, ieskaitot visas elektroniskās sastāvdaļas. Prototipam izmantotās sastāvdaļas ir 3D drukāti komponenti, aveņu pi, aveņu pi kamera, ultraskaņas sensors utt.

1. darbība. Nepieciešamie materiāli

• 3D drukātas detaļas

  1. 1 x 3D drukāts kreisais templis
  2. 1 x 3D drukāts labais templis
  3. 1 x 3D drukāts galvenais rāmis

• Elektronika un mehāniskās detaļas

  1. 04 x ultraskaņas sensors (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/) Litija jonu akumulators
  4. Vadi
  5. Austiņas

• Rīki

  1. Karstā līme
  2. Gumijas josta (https://www.amazon.com/Belts-Gumber-Power-Transmis…

2. darbība: 3D drukātās detaļas

Briļļu prototips tiek modelēts SolidWorks (3D modelis), ņemot vērā katra elektroniskā komponenta izmēru. Modelējot, priekšējais ultraskaņas sensors ir novietots briļlī, lai noteiktu tikai priekšējos šķēršļus, kreisie un labie ultraskaņas sensori ir iestatīti līdz 45 grādiem no briļļu centra punkta, lai noteiktu šķēršļus lietotāja plecā un rokā; cits ultraskaņas sensors ir novietots pret zemi, lai atklātu bedres. Rpi kamera ir novietota briļļu centrā. Turklāt briļļu labais un kreisais templis ir paredzēts attiecīgi aveņu pi un akumulatora novietošanai. SolidWorks un 3D drukātās daļas tiek parādītas no cita skata.

Mēs esam izmantojuši 3D printeri, lai izstrādātu briļļu 3D modeli. 3D printeris var izstrādāt prototipu, kura maksimālais izmērs ir 34,2 x 50,5 x 68,8 (gabals x platums x augstums) cm. Turklāt briļļu modeļa izstrādē izmantotais materiāls ir polipienskābes (PLA) kvēldiegs, un to ir viegli iegūt un par zemām izmaksām. Visas briļļu daļas tiek ražotas mājās, un montāžas procesu var viegli veikt. Lai izstrādātu briļļu modeli, ir nepieciešams PLA daudzums ar atbalsta materiālu aptuveni 254 g.

3. darbība: komponentu salikšana

Visas sastāvdaļas ir samontētas.

1. Ievietojiet aveņu pi 3D drukātajā labajā templī
2. Ievietojiet akumulatoru 3D drukātajā kreisajā templī
3. Ievietojiet kameru galvenā rāmja priekšā, kur ir izveidots caurums kamerai
4. Ievietojiet ultraskaņas sensoru norādītajā caurumā

4. darbība. Aparatūras savienojumi

Katra komponenta savienojums ir kartēts ar aveņu pi un parādīts, ka priekšējā sensora sprūda un atbalss tapa ir savienota ar aveņu pi GPIO8 un GPIO7 tapu. GPIO14 un GPIO15 savieno bedrīšu noteikšanas sensora sprūdu un atbalss tapu. Akumulators un austiņas ir savienotas ar Micro USB barošanu un aveņu pi audio ligzdas portu.

5. darbība. Lietotāja prototips

Akli bērni nēsā prototipu un jūtas laimīgi, ejot apkārtējā vidē bez sadursmes ar šķēršļiem. Kopējā sistēma sniedz labu pieredzi, veicot testus ar vājredzīgiem cilvēkiem.

6. darbība. Secinājums un nākotnes plāns

Šīs pamācības galvenais mērķis ir izstrādāt pastaigu ceļvedi, lai palīdzētu cilvēkiem ar redzes traucējumiem patstāvīgi orientēties vidē. Šķēršļu noteikšanas sistēmas mērķis ir norādīt uz šķēršļu klātbūtni apkārtnē priekšējās, kreisās un labās puses virzienos. Bedru noteikšanas sistēma nosaka bedrītes uz ceļa virsmas. Ultraskaņas sensors un Rpi kamera tiek izmantoti, lai attēlotu izstrādātās pastaigas ceļveža reālās pasaules vidi. Attālumu starp šķērsli un lietotāju aprēķina, analizējot ultraskaņas sensoru datus. Bedru attēli sākotnēji tiek apmācīti, izmantojot konvolucionālo neironu tīklu, un bedrītes tiek konstatētas, katru reizi uzņemot vienu attēlu. Pēc tam veiksmīgi tiek izstrādāts pastaigu gida prototips, kura svars ir aptuveni 360 g, ieskaitot visas elektroniskās sastāvdaļas. Paziņojums lietotājiem tiek nodrošināts ar šķēršļu un bedrīšu klātbūtni, izmantojot austiņu audio signālus.

Pamatojoties uz teorētisko un eksperimentālo darbu, kas veikts šīs pamācības laikā, ieteicams veikt turpmākus pētījumus, lai uzlabotu pastaigu gida efektivitāti, pievēršoties šādiem jautājumiem.

• Izstrādātais staigāšanas ceļvedis kļuva nedaudz apjomīgs, jo tika izmantotas vairākas elektroniskas sastāvdaļas. Piemēram, tiek izmantots aveņu pi, bet šeit netiek izmantotas visas aveņu pi funkcijas. Tādējādi, izstrādājot lietojumprogrammu integrēto shēmu (ASIC) ar izstrādātajām staigāšanas rokasgrāmatas funkcijām, var samazināt prototipa izmēru, svaru un izmaksas
• Reālās pasaules vidē daži kritiski šķēršļi, ar kuriem saskaras cilvēki ar redzes traucējumiem, ir pauguri uz ceļa virsmas, kāpņu situācija, ceļa virsmas gludums, ūdens uz ceļa virsmas utt. Tomēr izstrādātais staigāšanas ceļvedis atklāj tikai bedrītes uz ceļa virsma. Tādējādi pastaigas ceļveža uzlabošana, ņemot vērā citus kritiskus šķēršļus, var veicināt turpmāku izpēti, lai palīdzētu cilvēkiem ar redzes traucējumiem
• Sistēma var noteikt šķēršļu klātbūtni, bet nevar klasificēt šķēršļus, kas ir būtiski cilvēkiem ar redzes traucējumiem navigācijā. Apkārtnes semantiskā pikseļu segmentācija var palīdzēt klasificēt šķēršļus ap vidi.