Wandelgids om de mobiliteit van visueel gehandicapte mensen te verbeteren - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:16

Het doel van de instructable is om een wandelgids te ontwikkelen die kan worden gebruikt door mensen met een handicap, met name slechtzienden. De instructable wil onderzoeken hoe de wandelgids effectief kan worden gebruikt, zodat de ontwerpeisen voor de ontwikkeling van deze wandelgids kunnen worden geformuleerd. Om het doel te bereiken, heeft dit instructable de volgende specifieke doelstellingen.

• Het prototype van het spektakel ontwerpen en implementeren om slechtzienden te begeleiden
• Een wandelgids ontwikkelen om botsingen met obstakels voor slechtzienden te verminderen
• Een methode ontwikkelen voor het detecteren van gaten in het wegdek

Drie stuks afstandsmeetsensoren (ultrasone sensor) worden gebruikt in de loopgids om het obstakel in elke richting te detecteren, inclusief voor, links en rechts. Daarnaast detecteert het systeem de kuilen in het wegdek met behulp van sensor en convolutioneel neuraal netwerk (CNN). De totale kosten van ons ontwikkelde prototype bedragen ongeveer $ 140 en het gewicht is ongeveer 360 g inclusief alle elektronische componenten. De componenten die worden gebruikt voor het prototype zijn 3D-geprinte componenten, raspberry pi, raspberry pi-camera, ultrasone sensor enz.

Stap 1: Benodigde materialen

• 3D-geprinte onderdelen

  1. 1 x 3D-geprinte linker tempel
  2. 1 x 3D-geprinte rechter tempel
  3. 1 x 3D-geprint hoofdframe

• Elektronica en mechanische onderdelen

  1. 04 x Ultrasone sensor (HC-SR04)
  2. Raspberry Pi B+ (https://www.raspberrypi.org/products/raspberry-pi-3-model-b-plus/)
  3. Raspberry pi-camera (https://www.raspberrypi.org/products/camera-module-v2/)Lithium-ionbatterij
  4. Draden
  5. Hoofdtelefoon

• Gereedschap

  1. Hete lijm
  2. Rubberen riem (https://www.amazon.com/Belts-Rubber-Power-Transmis…

Stap 2: 3D-geprinte onderdelen

Het prototype van het spektakel is gemodelleerd in SolidWorks (3D-model), rekening houdend met de afmetingen van elk elektronisch onderdeel. Bij de modellering wordt de voorste ultrasone sensor in het spektakel gepositioneerd om alleen de voorste obstakels te detecteren, de linker en rechter ultrasone sensoren zijn ingesteld op 45 graden van het middelpunt van het spektakel om obstakels binnen de schouder en arm van de gebruiker te detecteren; een andere ultrasone sensor wordt naar de grond gericht voor de detectie van kuilen. De Rpi-camera bevindt zich in het middelpunt van het spektakel. Bovendien zijn de rechter- en linkertempel van het spektakel ontworpen om respectievelijk de Raspberry Pi en de batterij te positioneren. De SolidWorks en 3D geprinte onderdelen worden vanuit een ander aanzicht getoond.

We hebben een 3D-printer gebruikt om het 3D-model van het spektakel te ontwikkelen. 3D-printer kan een prototype ontwikkelen tot een maximale afmeting van 34,2 x 50,5 x 68,8 (L x B x H) cm. Daarnaast is het materiaal dat wordt gebruikt om het model van de bril te ontwikkelen polymelkzuur (PLA) filament en is het gemakkelijk te verkrijgen en goedkoop. Alle onderdelen van het spektakel worden in eigen huis geproduceerd en het montageproces kan eenvoudig worden gedaan. Om het model van het spektakel te ontwikkelen, is de hoeveelheid PLA met ondersteunend materiaal nodig van ongeveer 254 g.

Stap 3: Montage van de componenten

Alle componenten zijn gemonteerd.

1. Plaats de Raspberry Pi in de 3D-geprinte rechtertempel
2. Plaats de batterij in de 3D-geprinte linkerslaap
3. Plaats de camera aan de voorkant van het hoofdframe waar het gat is gemaakt voor de camera
4. Plaats de ultrasone sensor op het gespecificeerde gat

Stap 4: Hardwareverbindingen

De verbinding van elk onderdeel is in kaart gebracht met de Raspberry Pi en er is aangetoond dat de trigger- en echo-pin van de frontsensor is verbonden met de GPIO8- en GPIO7-pin van de Raspberry Pi. De GPIO14 en GPIO15 verbinden de trigger en echopin van de kuildetectiesensor. De batterij en hoofdtelefoon zijn verbonden met micro-USB-voeding en audio-jack-poort van raspberry pi.

Stap 5: Gebruikersprototype

Een blind kind draagt het prototype en voelt zich gelukkig om in de omgeving te lopen zonder enige botsing met obstakels. Het totale systeem geeft een goede ervaring tijdens het testen met slechtzienden.

Stap 6: Conclusie en toekomstplan

Het belangrijkste doel van deze instructable is het ontwikkelen van een wandelgids om mensen met een visuele beperking te helpen zelfstandig te navigeren in omgevingen. Het obstakeldetectiesysteem heeft als doel de aanwezigheid van obstakels in de omgeving aan te geven in de richtingen voor, links en rechts. Het kuildetectiesysteem detecteert de kuilen in het wegdek. De ultrasone sensor en Rpi-camera worden gebruikt om de echte wereld van de ontwikkelde wandelgids vast te leggen. De afstand tussen het obstakel en de gebruiker wordt berekend door de gegevens van de ultrasone sensoren te analyseren. De kuilbeelden worden in eerste instantie getraind met behulp van een convolutief neuraal netwerk en de kuilen worden gedetecteerd door elke keer een enkel beeld vast te leggen. Vervolgens wordt het prototype van de wandelgids met succes ontwikkeld met een gewicht van ongeveer 360 g inclusief alle elektronische componenten. De melding aan de gebruikers wordt voorzien van de aanwezigheid van obstakels en kuilen door middel van audiosignalen via een koptelefoon.

Op basis van het theoretische en experimentele werk dat tijdens deze instructable is uitgevoerd, wordt aanbevolen om verder onderzoek te doen om de efficiëntie van de wandelgids te verbeteren door de volgende punten aan te pakken.

• De ontwikkelde wandelgids werd door het gebruik van verschillende elektronische componenten enigszins lijvig. Zo wordt de raspberry pi gebruikt maar worden hier niet alle functionaliteiten van de raspberry pi gebruikt. Daarom kan het ontwikkelen van een Application Specific Integrated Circuit (ASIC) met de functionaliteiten van de ontwikkelde wandelgids de grootte, het gewicht en de kosten van het prototype verminderen.
• In de echte wereld zijn enkele kritische hindernissen waarmee slechtzienden worden geconfronteerd bulten op het wegdek, trapsituatie, gladheid van het wegdek, water op het wegdek enz. De ontwikkelde wandelgids detecteert echter alleen de kuilen op de weg oppervlakte. Zo kan de verbetering van de wandelgids, rekening houdend met andere kritieke belemmeringen, bijdragen aan verder onderzoek naar het helpen van visueel gehandicapte mensen
• Het systeem kan de aanwezigheid van obstakels detecteren, maar kan de obstakels niet categoriseren, die essentieel zijn voor slechtzienden bij navigatie. Semantische pixelgewijze segmentatie van de omgeving kan bijdragen aan het categoriseren van de obstakels rond de omgeving.