Guida a piedi per migliorare la mobilità delle persone ipovedenti: 6 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

L'obiettivo dell'istruttore è quello di sviluppare una guida a piedi che possa essere utilizzata da persone disabili, in particolare ipovedenti. L'istruttore intende indagare come la guida a piedi può essere utilizzata in modo efficace, in modo che i requisiti di progettazione per lo sviluppo di questa guida a piedi possano essere formulati. Per raggiungere l'obiettivo, questo istruibile ha i seguenti obiettivi specifici.

• Progettare e realizzare il prototipo dello spettacolo per guidare le persone ipovedenti
• Sviluppare una guida a piedi per ridurre la collisione con ostacoli per le persone ipovedenti
• Sviluppare un metodo per il rilevamento delle buche sul manto stradale

Nella guida a piedi vengono utilizzati tre sensori di misurazione della distanza (sensore a ultrasuoni) per rilevare l'ostacolo in ogni direzione, inclusi anteriore, sinistro e destro. Inoltre, il sistema rileva le buche sul manto stradale utilizzando un sensore e una rete neurale convoluzionale (CNN). Il costo complessivo del nostro prototipo sviluppato è di circa $ 140 e il peso è di circa 360 g compresi tutti i componenti elettronici. I componenti utilizzati per il prototipo sono componenti stampati in 3D, Raspberry Pi, Raspberry Pi Camera, sensore a ultrasuoni, ecc.

Passaggio 1: materiali necessari

• Parti stampate in 3D

  1. 1 x tempia sinistra stampata in 3D
  2. 1 x tempia destra stampata in 3D
  3. 1 x telaio principale stampato in 3D

• Elettronica e parti meccaniche

  1. 04 x Sensore a ultrasuoni (HC-SR04)
  2. Raspberry Pi B+ (https://www.raspberrypi.org/products/raspberry-pi-3-model-b-plus/)
  3. Fotocamera Raspberry Pi (https://www.raspberrypi.org/products/camera-module-v2/)Batteria agli ioni di litio
  4. fili
  5. Cuffia

• Utensili

  1. Colla calda
  2. Cintura in gomma (https://www.amazon.com/Belts-Rubber-Power-Transmis…

Passaggio 2: parti stampate in 3D

Il prototipo dell'occhiale è modellato in SolidWorks (modello 3D) considerando la dimensione di ciascun componente elettronico. Nella modellazione, il sensore ultrasonico anteriore è posizionato nell'occhiale per rilevare solo gli ostacoli anteriori, i sensori ultrasonici sinistro e destro sono impostati a 45 gradi dal punto centrale dell'occhiale per rilevare ostacoli all'interno della spalla e del braccio dell'utente; un altro sensore ad ultrasuoni è posizionato verso terra rivolto verso il suolo per il rilevamento di buche. La telecamera Rpi è posizionata al centro dello spettacolo. Inoltre, l'asta destra e sinistra dell'occhiale è progettata per posizionare rispettivamente il Raspberry Pi e la batteria. Le parti stampate SolidWorks e 3D sono mostrate da una vista diversa.

Abbiamo utilizzato la stampante 3D per sviluppare il modello 3D dello spettacolo. La stampante 3D può sviluppare un prototipo fino a una dimensione massima di 34,2 x 50,5 x 68,8 (L x P x H) cm. Oltre a questo, il materiale che viene utilizzato per sviluppare il modello dell'occhiale è il filamento di acido polilattico (PLA) ed è facile da ottenere e di basso costo. Tutte le parti dello spettacolo sono prodotte internamente e il processo di assemblaggio può essere facilmente eseguito. Per sviluppare il modello dell'occhiale, è necessaria una quantità di PLA con materiale di supporto pari a circa 254 g.

Passaggio 3: assemblaggio dei componenti

Tutti i componenti sono assemblati.

1. Inserisci il lampone pi nell'asta destra stampata in 3D
2. Inserisci la batteria nella tempia sinistra stampata in 3D
3. Inserisci la fotocamera davanti al telaio principale dove viene creato il foro per la fotocamera
4. Inserire il sensore a ultrasuoni nel foro specificato

Passaggio 4: connessioni hardware

La connessione di ciascun componente è mappata con il raspberry pi e viene mostrato che il pin trigger ed echo del sensore anteriore è collegato con il pin GPIO8 e GPIO7 del raspberry pi. Il GPIO14 e il GPIO15 collegano il trigger e il pin dell'eco del sensore di rilevamento delle buche. La batteria e le cuffie sono collegate con alimentazione Micro USB e porta jack audio di Raspberry Pi.

Passaggio 5: prototipo utente

Un bambino non vedente indossa il prototipo e si sente felice di camminare nell'ambiente senza alcuna collisione con ostacoli. Il sistema complessivo offre una buona esperienza durante i test con ipovedenti.

Passaggio 6: conclusione e piano futuro

L'obiettivo principale di questo istruttore è sviluppare una guida a piedi per aiutare le persone ipovedenti a navigare in modo indipendente negli ambienti. Il sistema di rilevamento ostacoli ha lo scopo di indicare la presenza di ostacoli nei dintorni nelle direzioni anteriore, sinistra e destra. Il sistema di rilevamento delle buche rileva le buche sul manto stradale. Il sensore a ultrasuoni e la fotocamera Rpi vengono utilizzati per catturare l'ambiente del mondo reale della guida a piedi sviluppata. La distanza tra l'ostacolo e l'utente viene calcolata analizzando i dati dei sensori a ultrasuoni. Le immagini delle buche vengono inizialmente addestrate utilizzando la rete neurale convoluzionale e le buche vengono rilevate catturando ogni volta una singola immagine. Quindi, il prototipo della guida a piedi viene sviluppato con successo con un peso di circa 360 g inclusi tutti i componenti elettronici. Le notifiche agli utenti sono fornite con la presenza di ostacoli e buche attraverso segnali audio in cuffia.

Sulla base del lavoro teorico e sperimentale svolto durante questo istruttivo, si raccomanda di fare ulteriori ricerche per migliorare l'efficienza della guida a piedi affrontando i seguenti punti.

• La guida a piedi sviluppata è diventata leggermente ingombrante a causa dell'uso di diversi componenti elettronici. Ad esempio, viene utilizzato il Raspberry Pi, ma qui non vengono utilizzate tutte le funzionalità del Raspberry Pi. Quindi, lo sviluppo di un circuito integrato per applicazioni specifiche (ASIC) con le funzionalità della guida a piedi sviluppata può ridurre le dimensioni, il peso e il costo del prototipo
• Nell'ambiente del mondo reale, alcuni ostacoli critici che devono affrontare le persone ipovedenti sono gobbe sul manto stradale, situazione delle scale, levigatezza del manto stradale, acqua sul manto stradale ecc. Tuttavia, la guida a piedi sviluppata rileva solo le buche sulla strada superficie. Pertanto, il miglioramento della guida a piedi considerando altri ostacoli critici può contribuire all'ulteriore ricerca per aiutare le persone con disabilità visive
• Il sistema è in grado di rilevare la presenza di ostacoli ma non è in grado di classificare gli ostacoli, indispensabili per le persone ipovedenti in navigazione. La segmentazione semantica pixel per pixel dell'ambiente circostante può contribuire a classificare gli ostacoli intorno all'ambiente.