คู่มือเดินเพื่อเพิ่มความคล่องตัวของผู้พิการทางสายตา: 6 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:04

เป้าหมายของผู้สอนคือการพัฒนาคู่มือการเดินสำหรับคนพิการโดยเฉพาะผู้พิการทางสายตา ผู้สอนตั้งใจที่จะตรวจสอบว่าคู่มือการเดินสามารถใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพอย่างไร เพื่อให้สามารถกำหนดข้อกำหนดด้านการออกแบบสำหรับการพัฒนาคู่มือการเดินนี้ได้ เพื่อให้บรรลุเป้าหมาย คำแนะนำนี้มีวัตถุประสงค์เฉพาะดังต่อไปนี้

• ออกแบบและติดตั้งต้นแบบแว่นสายตาผู้พิการทางสายตา
• เพื่อพัฒนาคู่มือการเดินเพื่อลดการชนกับสิ่งกีดขวางสำหรับผู้พิการทางสายตา
• เพื่อพัฒนาวิธีการตรวจหาหลุมบ่อบนพื้นผิวถนน

เซ็นเซอร์วัดระยะทางสามชิ้น (เซ็นเซอร์อัลตราโซนิก) ใช้ในคู่มือการเดินเพื่อตรวจจับสิ่งกีดขวางในแต่ละทิศทางรวมทั้งด้านหน้า ซ้ายและขวา นอกจากนี้ ระบบยังตรวจจับหลุมบ่อบนพื้นผิวถนนโดยใช้เซ็นเซอร์และโครงข่ายประสาทเทียม (CNN) ต้นทุนโดยรวมของต้นแบบที่พัฒนาแล้วของเราอยู่ที่ประมาณ 140 ดอลลาร์และน้ำหนักประมาณ 360 กรัมรวมส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมด ส่วนประกอบที่ใช้สำหรับต้นแบบคือส่วนประกอบที่พิมพ์ 3 มิติ, ราสเบอร์รี่ pi, กล้องราสเบอร์รี่ pi, เซ็นเซอร์อัลตราโซนิก ฯลฯ

ขั้นตอนที่ 1: วัสดุที่จำเป็น

• ชิ้นส่วนพิมพ์ 3 มิติ

  1. 1 x 3D พิมพ์วัดด้านซ้าย
  2. 1 x 3D พิมพ์วัดด้านขวา
  3. 1 x เฟรมหลักที่พิมพ์ 3 มิติ

• ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์และเครื่องกล

  1. 04 x Ultrasonic sensor (HC-SR04)
  2. Raspberry Pi B+ (https://www.raspberrypi.org/products/raspberry-pi-3-model-b-plus/)
  3. กล้อง Raspberry pi (https://www.raspberrypi.org/products/camera-module-v2/)แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน
  4. สายไฟ
  5. หูฟัง

• เครื่องมือ

  1. กาวร้อน
  2. สายพานยาง (https://www.amazon.com/Belts-Rubber-Power-Transmis…

ขั้นตอนที่ 2: ชิ้นส่วนที่พิมพ์ 3 มิติ

ต้นแบบแว่นถูกสร้างขึ้นใน SolidWorks (โมเดล 3 มิติ) โดยพิจารณาจากขนาดของส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์แต่ละชิ้น ในการสร้างแบบจำลอง เซ็นเซอร์อัลตราโซนิกด้านหน้าอยู่ในตำแหน่งในแว่นเพื่อตรวจจับสิ่งกีดขวางด้านหน้าเท่านั้น เซ็นเซอร์อัลตราโซนิกด้านซ้ายและขวาถูกตั้งไว้ที่ 45 องศาจากจุดศูนย์กลางของแว่นเพื่อตรวจจับสิ่งกีดขวางภายในไหล่และแขนของผู้ใช้ เซ็นเซอร์อัลตราโซนิกอีกตัวหนึ่งอยู่ในตำแหน่งที่หันหน้าไปทางพื้นเพื่อตรวจจับหลุมบ่อ กล้อง Rpi อยู่ที่จุดศูนย์กลางของภาพ นอกจากนี้ วิหารด้านขวาและด้านซ้ายของภาพยังได้รับการออกแบบเพื่อวางตำแหน่ง Raspberry Pi และแบตเตอรี่ตามลำดับ SolidWorks และชิ้นส่วนที่พิมพ์ 3 มิติจะแสดงจากมุมมองที่ต่างกัน

เราใช้เครื่องพิมพ์ 3 มิติเพื่อพัฒนาโมเดล 3 มิติของภาพ 3D Printer สามารถพัฒนาต้นแบบได้ถึงขนาดสูงสุด 34.2 x 50.5 x 68.8 (ยาว x กว้าง x สูง) ซม. นอกจากนี้ วัสดุที่ใช้ในการพัฒนาแบบจำลองของแว่นคือเส้นใยโพลิแลกติกแอซิด (PLA) ซึ่งหาซื้อได้ง่ายและต้นทุนต่ำ ทุกส่วนของแว่นผลิตขึ้นเองที่บ้านและกระบวนการประกอบก็ทำได้อย่างง่ายดาย ในการพัฒนาแบบจำลองของแว่นสายตา จำเป็นต้องใช้ปริมาณ PLA พร้อมวัสดุรองรับประมาณ 254 กรัม

ขั้นตอนที่ 3: การประกอบส่วนประกอบ

ส่วนประกอบทั้งหมดถูกประกอบ

1. ใส่ raspberry pi ลงในขมับขวาที่พิมพ์ 3 มิติ
2. ใส่แบตเตอรี่เข้ากับขมับด้านซ้ายที่พิมพ์ 3 มิติ
3. ใส่กล้องที่ด้านหน้าของเฟรมหลักที่สร้างรูสำหรับกล้อง
4. ใส่เซ็นเซอร์อัลตราโซนิกที่รูที่ระบุ

ขั้นตอนที่ 4: การเชื่อมต่อฮาร์ดแวร์

การเชื่อมต่อของแต่ละส่วนประกอบจะจับคู่กับ raspberry pi และแสดงให้เห็นว่าทริกเกอร์และหมุดสะท้อนของเซ็นเซอร์ด้านหน้าเชื่อมต่อกับพิน GPIO8 และ GPIO7 ของ raspberry pi GPIO14 และ GPIO15 เชื่อมต่อทริกเกอร์และหมุดสะท้อนของเซ็นเซอร์ตรวจจับหลุมบ่อ แบตเตอรี่และหูฟังเชื่อมต่อกับไฟ Micro USB และพอร์ตแจ็คเสียงของ raspberry pi

ขั้นตอนที่ 5: ต้นแบบผู้ใช้

เด็กตาบอดสวมชุดต้นแบบและรู้สึกมีความสุขที่ได้เดินในสภาพแวดล้อมโดยไม่ชนกับสิ่งกีดขวาง ระบบโดยรวมให้ประสบการณ์ที่ดีขณะทดสอบกับผู้พิการทางสายตา

ขั้นตอนที่ 6: บทสรุปและแผนในอนาคต

เป้าหมายหลักของคำแนะนำนี้คือการพัฒนาคู่มือการเดินเพื่อช่วยให้ผู้พิการทางสายตาสามารถนำทางได้อย่างอิสระในสภาพแวดล้อม ระบบตรวจจับสิ่งกีดขวางมีจุดมุ่งหมายเพื่อระบุสิ่งกีดขวางรอบด้านที่ทิศทางด้านหน้า ซ้ายและขวา ระบบตรวจจับหลุมบ่อจะตรวจจับหลุมบ่อบนพื้นผิวถนน เซ็นเซอร์อัลตราโซนิกและกล้อง Rpi ใช้เพื่อจับภาพสภาพแวดล้อมในโลกแห่งความเป็นจริงของคู่มือการเดินที่พัฒนาขึ้น ระยะห่างระหว่างสิ่งกีดขวางกับผู้ใช้คำนวณโดยการวิเคราะห์ข้อมูลจากเซ็นเซอร์อัลตราโซนิก ภาพหลุมบ่อได้รับการฝึกฝนในขั้นต้นโดยใช้โครงข่ายประสาทเทียม และตรวจพบหลุมบ่อโดยการจับภาพเดียวในแต่ละครั้ง จากนั้น ต้นแบบของคู่มือการเดินก็ได้รับการพัฒนาอย่างประสบความสำเร็จ โดยมีน้ำหนักประมาณ 360 กรัม รวมชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมด การแจ้งเตือนผู้ใช้จะได้รับสิ่งกีดขวางและหลุมบ่อผ่านสัญญาณเสียงด้วยหูฟัง

จากงานเชิงทฤษฎีและการทดลองที่ดำเนินการระหว่างคำแนะนำนี้ ขอแนะนำให้ทำการวิจัยเพิ่มเติมเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของคู่มือการเดินโดยกล่าวถึงประเด็นต่อไปนี้

• คู่มือการเดินที่พัฒนาขึ้นนั้นค่อนข้างเทอะทะเล็กน้อยเนื่องจากการใช้ส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์หลายอย่าง ตัวอย่างเช่น ใช้ raspberry pi แต่ฟังก์ชันทั้งหมดของ raspberry pi ไม่ได้ใช้ในที่นี้ ดังนั้น การพัฒนา Application Specific Integrated Circuit (ASIC) ด้วยฟังก์ชันของคู่มือการเดินที่พัฒนาขึ้น สามารถลดขนาด น้ำหนัก และต้นทุนของต้นแบบได้
• ในสภาพแวดล้อมจริง อุปสรรคสำคัญบางประการที่ผู้พิการทางสายตาต้องเผชิญคือโคกบนพื้นผิวถนน สถานการณ์บันได ความเรียบของผิวถนน น้ำบนผิวถนน เป็นต้น อย่างไรก็ตาม คู่มือสำหรับเดินที่พัฒนาขึ้นจะตรวจจับเฉพาะหลุมบ่อบนถนนเท่านั้น พื้นผิว. ดังนั้น การปรับปรุงคู่มือการเดินโดยคำนึงถึงอุปสรรคสำคัญอื่นๆ อาจมีส่วนช่วยในการวิจัยเพิ่มเติมเพื่อช่วยเหลือผู้พิการทางสายตา
• ระบบสามารถตรวจจับสิ่งกีดขวางได้ แต่ไม่สามารถจัดหมวดหมู่สิ่งกีดขวางได้ ซึ่งเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับผู้พิการทางสายตาในการนำทาง การแบ่งส่วนพิกเซลตามความหมายของสภาพแวดล้อมอาจช่วยในการจัดหมวดหมู่สิ่งกีดขวางรอบ ๆ สภาพแวดล้อม