Guia de caminhada para aumentar a mobilidade de pessoas com deficiência visual: 6 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:36

O objetivo do instrutível é desenvolver um guia de caminhada que possa ser utilizado por pessoas com deficiência, principalmente com deficiência visual. O instrutível pretende investigar como o guia de caminhada pode ser usado de forma eficaz, para que os requisitos de design para o desenvolvimento deste guia de caminhada possam ser formulados. Para cumprir a meta, este instrutível tem os seguintes objetivos específicos.

• Para projetar e implementar o protótipo de óculos para orientar os deficientes visuais
• Desenvolver um guia de caminhada para reduzir a colisão com obstruções para pessoas com deficiência visual
• Desenvolver um método para detecção de buracos na superfície da estrada

Três peças de sensores de medição de distância (sensor ultrassônico) são usadas no guia de caminhada para detectar o obstáculo em cada direção, incluindo frontal, esquerda e direita. Além disso, o sistema detecta os buracos na superfície da estrada usando sensor e rede neural convolucional (CNN). O custo total do nosso protótipo desenvolvido é de aproximadamente US $ 140 e o peso é de cerca de 360 g incluindo todos os componentes eletrônicos. Os componentes usados para o protótipo são componentes impressos em 3D, raspberry pi, câmera raspberry pi, sensor ultrassônico, etc.

Etapa 1: Materiais necessários

• Peças impressas em 3D

  1. 1 x templo esquerdo impresso em 3D
  2. 1 x templo direito impresso em 3D
  3. 1 x quadro principal impresso em 3D

• Eletrônica e peças mecânicas

  1. 04 x Sensor ultrassônico (HC-SR04)
  2. Raspberry Pi B + (https://www.raspberrypi.org/products/raspberry-pi-3-model-b-plus/)
  3. Câmera Raspberry pi (https://www.raspberrypi.org/products/camera-module-v2/) Bateria de íon de lítio
  4. Fios
  5. Fone de ouvido

• Ferramentas

  1. Cola quente
  2. Correia de borracha (https://www.amazon.com/Belts-Rubber-Power-Transmis…

Etapa 2: peças impressas em 3D

O protótipo do espetáculo é modelado em SolidWorks (modelo 3D) considerando a dimensão de cada componente eletrônico. Na modelagem, o sensor ultrassônico frontal é posicionado no óculos para detectar apenas os obstáculos frontais, os sensores ultrassônicos esquerdo e direito são ajustados a 45 graus do ponto central do óculos para detectar obstáculos dentro do ombro e braço do usuário; outro sensor ultrassônico é posicionado voltado para o solo para a detecção de buracos. A câmera Rpi é posicionada no ponto central do espetáculo. Além disso, as têmporas direita e esquerda do espetáculo são projetadas para posicionar o pi de framboesa e a bateria, respectivamente. O SolidWorks e as peças impressas em 3D são mostradas em vistas diferentes.

Usamos uma impressora 3D para desenvolver o modelo 3D do espetáculo. A impressora 3D pode desenvolver um protótipo de até um tamanho máximo de 34,2 x 50,5 x 68,8 (C x L x A) cm. Além disso, o material que será utilizado para desenvolver o modelo do espetáculo é o filamento de ácido polilático (PLA), de fácil obtenção e baixo custo. Todas as partes do espetáculo são produzidas internamente e o processo de montagem pode ser feito facilmente. Para desenvolver o modelo do espetáculo, a quantidade de PLA com material de suporte é de aproximadamente 254g.

Etapa 3: montagem dos componentes

Todos os componentes estão montados.

1. Insira o pi de framboesa na têmpora direita impressa em 3D
2. Insira a bateria na têmpora esquerda impressa em 3D
3. Insira a câmera na frente do quadro principal, onde o orifício é criado para a câmera
4. Insira o sensor ultrassônico no orifício especificado

Etapa 4: Conexões de Hardware

A conexão de cada componente é mapeada com o raspberry pi e mostrado que o gatilho e o pino de eco do sensor frontal estão conectados com os pinos GPIO8 e GPIO7 do raspberry pi. O GPIO14 e o GPIO15 conectam o gatilho e o pino de eco do sensor de detecção de buraco. A bateria e o fone de ouvido são conectados com alimentação Micro USB e porta de entrada de áudio de raspberry pi.

Etapa 5: Protótipo do usuário

Uma criança cega veste o protótipo e fica feliz em caminhar no ambiente sem colidir com obstáculos. O sistema geral oferece uma boa experiência durante os testes com deficientes visuais.

Etapa 6: Conclusão e Plano Futuro

O principal objetivo deste instrutível é desenvolver um guia de caminhada para auxiliar os deficientes visuais a navegar de forma independente em ambientes. O sistema de detecção de obstáculos tem como objetivo indicar a presença de obstáculos em torno do entorno nas direções da frente, esquerda e direita. O sistema de detecção de buracos detecta os buracos na superfície da estrada. O sensor ultrassônico e a câmera Rpi são usados para capturar o ambiente do mundo real do guia de caminhada desenvolvido. A distância entre o obstáculo e o usuário é calculada analisando os dados dos sensores ultrassônicos. As imagens dos buracos são treinadas inicialmente usando uma rede neural convolucional e os buracos são detectados pela captura de uma única imagem de cada vez. Em seguida, o protótipo do guia de caminhada é desenvolvido com sucesso com um peso de cerca de 360 g incluindo todos os componentes eletrônicos. As notificações aos usuários são feitas com a presença de obstáculos e buracos por meio de sinais de áudio via fone de ouvido.

Com base no trabalho teórico e experimental realizado durante este instrutível, recomenda-se que mais pesquisas possam ser feitas para melhorar a eficiência do guia de caminhada, abordando os seguintes pontos.

• O guia de caminhada desenvolvido tornou-se ligeiramente volumoso devido ao uso de vários componentes eletrônicos. Por exemplo, o raspberry pi é usado, mas todas as funcionalidades do raspberry pi não são usadas aqui. Portanto, o desenvolvimento de um Circuito Integrado Específico de Aplicativo (ASIC) com as funcionalidades do guia de caminhada desenvolvido pode reduzir o tamanho, peso e custo do protótipo
• No ambiente do mundo real, alguns obstáculos críticos enfrentados pelas pessoas com deficiência visual são saliências na superfície da estrada, situação da escada, suavidade da superfície da estrada, água na superfície da estrada, etc. No entanto, o guia de caminhada desenvolvido detecta apenas buracos na estrada superfície. Assim, o aprimoramento do guia de caminhada considerando outros entraves críticos pode contribuir em futuras pesquisas para auxiliar pessoas com deficiência visual.
• O sistema consegue detectar a presença de obstáculos, mas não categoriza os obstáculos, essenciais para os deficientes visuais na navegação. A segmentação semântica de pixels dos arredores pode contribuir para categorizar os obstáculos ao redor do ambiente.