CC BY
243
Бурдина Д.О., Бурдин А.М., Крюков А. И., Палагута К. А., Тройков С.М.
ФГБОУ ВПО «Московский Государственный Индустриальный Университет», Москва, Россия
РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРОННОГО СРЕДСТВА ОРИЕНТАЦИИ В ПРОСТРАНСТВЕ ДЛЯ СЛАБОВИДЯЩИХ ЛЮДЕЙ
Современные технологии предоставляют возможность слабовидящим людям и людям с поражениями зрительной системы улучшить распознавание объектов и ориентацию в окружающей среде, что приводит к повышению их качества жизни.
Люди с поражениями зрительной системы сталкиваются с многочисленными преградами на своем пути: бордюры, ступеньки, которые ограничивают возможности передвижения, причем пользоваться специальными тростями для слепых многие из них отказываются, чтобы не оказаться в ситуации, в которой оказывается инвалид по зрению, находясь в среде нормально видящих. Слепой в этом случае утрачивает свою анонимность, становясь центром внимания, что вызывает с его стороны раздражение, эмоциональное напряжение, у него возникает ощущение, что за ним наблюдают.
Современные устройства помогают решить эту проблему, используя эхолокацию или распознавание изображения с видеокамеры, при этом исполнительные элементы посредством вибрации или звукового сигнала передают человеку информацию о препятствии в некотором радиусе действия прибора. В большинстве своем подобные приборы имеют довольно высокую стоимость и требуют применения специальной методики обучения слепых ориентировке в пространстве, в том числе и технике пользования.
В связи с этим возникла необходимость разработки электронного средства ориентации в пространстве для людей с поражениями зрительной системы, которое совмещало бы в себе простоту и достаточные функциональные возможности и имело низкую себестоимость, а также позволяло бы человеку чувствовать себя полноценным членом общества.
Разработка электронных автономных технических средств пространственного ориентирования для слабовидящих людей имеет уже полувековую историю. Среди наиболее значимых достижений отметим следующие .
L.Key (Новая Зеландия) в 60-80-х годах XX века создал стереофонические очки «Kaspa», использующие ультразвуковую локацию частотно-модулированным сигналом и представляющие информацию в виде сложных звуковых образов.
Несколько позже в качестве источника информации о среде стали использовать лазерные дальномеры, работающие в инфракрасном (ИК) диапазоне частот со звуковым или вибрационным выходом.
С конца 60-х годов в связи с развитием телевидения появились новые направления. Например, P.Bach-y-Rita использовал матрицу тактильных стимуляторов, располагаемую на спине пользователя для передачи ему информации о фронтальном образе среды, получаемом от телевизионной камеры.
В 90-х годах P.B.L. Meijer изобрел систему, названную «VOICE», позволяющую преобразовывать информацию от видеокамеры в полифонические звуковые образы. Тогда же начались работы по использованию систем объемного звучания для синтезирования 3-мерных звуковых образов среды, формируемых на базе информации от стереоскопической видеокамеры (J.L.Gonzalez-Mora, Y.Kawai).
Предлагаемое нами средство ориентации в пространстве отличается простотой и практической значимостью решения проблемы для людей с дефектами зрения, связанной с различением таких объектов как бордюры, ступени и другие преграды на пути следования и возможностью сообщения об этих объектах человеку. Как правило, люди с проблемами зрения достаточно хорошо ориентируются в пространстве, но не замечают небольших препятствий на своём пути. Пользоваться белой тростью им необязательно, но незамеченные вовремя указанные препятствия могут нанести травмы человеку.
Предлагаемый прибор должен быть простым в эксплуатации, не требовать долгого обучения навыкам использования, а также не привлекать внимания к пользователю во время эксплуатации прибора. Поэтому решено было использовать ультразвуковые датчики и сервопривод, которые будут вмонтированы в обыкновенную ортопедическую трость.
На рис. 1 представлена блок-схема устройства обнаружения препятствий.
Рис. 1. Блок - схема устройства обнаружения препятствий.
Сигнал от ультразвукового датчика (1) поступает на сравнивающее устройство (2), где он сравнивается с опорным сигналом (3) . Если сигналы равны, то открывается ключ (4) и пропускает сигнал генератора (5) на вибродвигатель (6).
Если препятствие находится на расстоянии шага человека (0,6 - 0,8 м), то двигатель в рукоятке трости начнёт вибрировать, тем самым предупреждая владельца о наличии опасности.
Средство ориентации в пространстве для слабовидящих людей (рис. 2) представляет собой трость
(1), где в нижнюю часть шафта вмонтирован ультразвуковой датчик (2). Элемент питания (3) и плата (4) с компаратором, операционным усилителем, резисторами и транзисторами расположена внутри полой трости. На ручке трости установлен вибродвигатель (5), который соединен с платой и элементом питания проводами (6).
Рис. 2. Средство ориентации в пространстве для слабовидящих людей.
Принципы проектирования электрической схемы для средства ориентации в пространстве для слабовидящих людей:
Ограничивать ток там, где большой ток опасен или не нужен;
Ограничивать напряжение там, где оно может выйти за допустимые для какого-либо элемента пределы;
Подавлять резонансные явления там, где они делают работу схемы менее устойчивой (поэтому иногда ставят конденсаторы по питанию);
Все токи и напряжения рассчитывать с запасом, чтобы они не выходили за пределы допустимых значений для каждой детали в схеме;
Стараться делать устройства экономичными в плане энергопотребления настолько, насколько это возможно. Это означает, что нужно стараться выбирать токи минимальные, но достаточные для работы с учетом всех факторов (изменяющейся температуры, производственного разброса параметров деталей).
На рис. 3 изображена электрическая схема средства ориентации в пространстве для слабовидящих
людей.
Принцип работы электрической схемы следующий: источник питания 12В обеспечивает электроэнергией для работы ультразвуковойдатчик, компаратор, операционный усилитель, электродвигатель. Ультразвуковой датчик вырабатывает выходное напряжение, линейно зависящее от расстояния до препятствия, то есть чем дальше препятствие, тем более высокое напряжения вырабатывается. Исходя из технических условий на выбранный нами датчик T30UXUA, был выбран порог срабатывания в 8В, что свидетельствует о расстоянии до препятствия в 80 см (средняя длина шага человека), и при данном выходном напряжении двигатель начнет вращаться и вибрировать из-за груза, смонтированного на его валу эксцентрично. Алгоритм включения двигателя следующий: напряжение на выходе датчика поступает на аналоговый компаратор и сравнивается с опорным напряжением 8В, если выходное напряжение датчика оказывается меньше опорного, т.е. расстояние меньше 80 см, компаратор вырабатывает сигнал, который поступает на управляющий контакт электронного ключа (состоит из транзисторов VT1 и VT2), и замыкается цепь электродвигателя.
Разработка устройств, предназначенных для осуществления помощи для передвижения людей с поражениями зрительной системы в современных городах, является социально значимой и ведётся уже более пятидесяти лет. И каждый год появляется что-то новое, более компактное и функциональное. Возможности современной техники позволяют встраивать автоматические технические средства пространственного ориентирования в предметы одежды и повседневного обихода.
Нужно отметить господство зарубежных производителей в сфере производства устройств профессиональной реабилитации. Существующие модели отечественного производства не всегда отвечают требованиям, предъявляемым к устройствам для использования людьми с нарушениями зрения.
Мы надеемся, что предлагаемое средство для помощи ориентации в пространстве будет востребовано на отечественном рынке, так как выбор альтернативных устройств крайне мал.
ЛИТЕРАТУРА
1. Динеш С. Дьюб Электроника: схемы и анализ. М.: Техносфера, 2008.
2. Электронные средства в помощь инвалидам по зрению // http://www.tiflocomp.ru URL: http://www.tiflocomp.rU/docs/conference/spb_2009/2.php (дата обращения: 10.11.2013).
3. Патент - 2318481 РФ, МПК009Б21, G01S17/46, A61F9/08. Устройство обнаружения препятствий для
инвалидов по зрению/ Ершов С.О.; ООО «НПО Сонар». - № 2006121412/14; Заяв. 08.06.2006;
Опубл10.03.2008.
4. Датчики / Валерий Шарапов, Евгений Полищук, Николай Кошевой, Геннадий Ишанин, Игорь Минаев, Александр Совлуков, М.: Техносфера, 2012.
5. Гориш А.В., Дмитриенко А.Г., Пивкин А.Г., Проблемы создания датчиковой аппаратуры для изме-
рения, контроля, управления и диагностики физических параметров, Труды международного симпозиума Надежность и качество; Издательство: Пензенский государственный университет (Пенза), 2013, Т.2,
с. 48-53.
6. Шубникова И.С., Крюков А.И., Палагута К.А., Разработка системы объезда препятствия, Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2010. Т. I. С. 327-329.
