Guía a pie para mejorar la movilidad de las personas con discapacidad visual: 6 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:41

El objetivo del instructable es desarrollar una guía para caminar que pueda ser utilizada por personas discapacitadas, especialmente las personas con discapacidad visual. El instructable tiene la intención de investigar cómo la guía para caminar se puede usar de manera efectiva, de modo que se puedan formular los requisitos de diseño para el desarrollo de esta guía para caminar. Para cumplir con la meta, este instructable tiene los siguientes objetivos específicos.

• Diseñar e implementar el prototipo de gafas para orientar a las personas con discapacidad visual.
• Desarrollar una guía para caminar para reducir la colisión con obstrucciones para las personas con discapacidad visual.
• Desarrollar un método para la detección de baches en la superficie de la carretera.

Se utilizan tres sensores de medición de distancia (sensor ultrasónico) en la guía para caminar para detectar el obstáculo en cada dirección, incluido el frente, la izquierda y la derecha. Además, el sistema detecta los baches en la superficie de la carretera mediante un sensor y una red neuronal convolucional (CNN). El costo total de nuestro prototipo desarrollado es de aproximadamente $ 140 y el peso es de aproximadamente 360 g, incluidos todos los componentes electrónicos. Los componentes que se utilizan para el prototipo son componentes impresos en 3D, raspberry pi, cámara raspberry pi, sensor ultrasónico, etc.

Paso 1: Materiales necesarios

• Piezas impresas en 3D

  1. 1 x patilla izquierda impresa en 3D
  2. 1 x patilla derecha impresa en 3D
  3. 1 x marco principal impreso en 3D

• Electrónica y piezas mecánicas

  1. 04 x Sensor ultrasónico (HC-SR04)
  2. Raspberry Pi B + (https://www.raspberrypi.org/products/raspberry-pi-3-model-b-plus/)
  3. Cámara Raspberry Pi (https://www.raspberrypi.org/products/camera-module-v2/)Batería de iones de litio
  4. Alambres
  5. Auricular

• Instrumentos

  1. Pegamento caliente
  2. Cinturón de goma (https://www.amazon.com/Belts-Rubber-Power-Transmis…

Paso 2: Piezas impresas en 3D

El prototipo de gafas está modelado en SolidWorks (modelo 3D) considerando la dimensión de cada componente electrónico. En el modelado, el sensor ultrasónico frontal se coloca en el anteojo para detectar solo los obstáculos frontales, los sensores ultrasónicos izquierdo y derecho se configuran a 45 grados desde el punto central del anteojo para detectar obstáculos dentro del hombro y brazo del usuario; otro sensor ultrasónico se coloca hacia el suelo para la detección de baches. La cámara Rpi se coloca en el punto central del espectáculo. Además, la sien derecha e izquierda del espectáculo está diseñada para posicionar la raspberry pi y la batería respectivamente. SolidWorks y las piezas impresas en 3D se muestran desde una vista diferente.

Hemos utilizado una impresora 3D para desarrollar el modelo 3D del espectáculo. La impresora 3D puede desarrollar un prototipo hasta un tamaño máximo de 34,2 x 50,5 x 68,8 (L x W x H) cm. Además de esto, el material que se utilizará para desarrollar el modelo de la gafa es el filamento de ácido poliláctico (PLA) y es fácil de obtener y de bajo costo. Todas las partes del espectáculo se producen internamente y el proceso de montaje se puede realizar fácilmente. Para desarrollar el modelo de las gafas, se necesita una cantidad de PLA con material de soporte de aproximadamente 254 g.

Paso 3: ensamblar los componentes

Todos los componentes están ensamblados.

1. Inserte la frambuesa pi en la patilla derecha impresa en 3D
2. Inserte la batería en la patilla izquierda impresa en 3D
3. Inserte la cámara al frente del marco principal donde se crea el orificio para la cámara
4. Inserte el sensor ultrasónico en el orificio especificado

Paso 4: Conexiones de hardware

La conexión de cada componente se asigna con el raspberry pi y se muestra que el pin de disparo y eco del sensor frontal está conectado con el pin GPIO8 y GPIO7 del raspberry pi. El GPIO14 y GPIO15 conectan el disparador y el pin de eco del sensor de detección de baches. La batería y los auriculares están conectados con alimentación Micro USB y puerto de conector de audio de raspberry pi.

Paso 5: Prototipo de usuario

Un niño ciego lleva el prototipo y se siente feliz de caminar por el entorno sin chocar con los obstáculos. El sistema en general ofrece una buena experiencia al realizar pruebas con personas con discapacidad visual.

Paso 6: Conclusión y plan futuro

El objetivo principal de este instructivo es desarrollar una guía para caminar para ayudar a las personas con discapacidad visual a navegar de forma independiente en los entornos. El sistema de detección de obstáculos tiene como objetivo indicar la presencia de obstáculos alrededor del entorno en las direcciones de frente, izquierda y derecha. El sistema de detección de baches detecta los baches en la superficie de la carretera. El sensor ultrasónico y la cámara Rpi se utilizan para capturar el entorno del mundo real de la guía para caminar desarrollada. La distancia entre el obstáculo y el usuario se calcula analizando los datos de los sensores ultrasónicos. Las imágenes de baches se entrenan inicialmente utilizando una red neuronal convolucional y los baches se detectan capturando una sola imagen cada vez. Luego, el prototipo de la guía para caminar se desarrolla con éxito con un peso de aproximadamente 360 g incluidos todos los componentes electrónicos. La notificación a los usuarios se proporciona con la presencia de obstáculos y baches a través de señales de audio por auriculares.

Con base en el trabajo teórico y experimental realizado durante este instructable, se recomienda que se realicen más investigaciones para mejorar la eficiencia de la guía para caminar abordando los siguientes puntos.

• La guía para caminar desarrollada se volvió un poco voluminosa debido al uso de varios componentes electrónicos. Por ejemplo, se usa el raspberry pi, pero aquí no se usan todas las funcionalidades del raspberry pi. Por lo tanto, el desarrollo de un circuito integrado de aplicación específica (ASIC) con las funcionalidades de la guía para caminar desarrollada puede reducir el tamaño, el peso y el costo del prototipo.
• En el entorno del mundo real, algunos obstáculos críticos que enfrentan las personas con discapacidad visual son las jorobas en la superficie de la carretera, la situación de las escaleras, la suavidad de la superficie de la carretera, el agua en la superficie de la carretera, etc. Sin embargo, la guía para caminar desarrollada solo detecta los baches en la carretera superficie. Por lo tanto, la mejora de la guía para caminar considerando otros obstáculos críticos puede contribuir en la investigación adicional para ayudar a las personas con discapacidad visual.
• El sistema puede detectar la presencia de obstáculos pero no puede categorizar los obstáculos, que son esenciales para las personas con discapacidad visual en la navegación. La segmentación semántica del entorno por píxeles puede contribuir a categorizar los obstáculos alrededor del entorno.