Đồ án Thiết kế và chế tạo gậy điện tử trợ giúp người mù (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Thiết kế và chế tạo gậy điện tử trợ giúp người mù (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO GẬY ĐIỆN TỬ TRỢ GIÚP NGƯỜI MÙ GVHD: TS. NGUYỄN BÁ HẢI SVTH: THÁI ANH TÙNG MSSV: 10111094 SVTH: HUỲNH NGỌC TIẾN ĐẠT MSSV: 10111142 SKL003011 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2014
2. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO GẬY ĐIỆN TỬ TRỢ GIÚP NGƯỜI MÙ GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải SVTH: Thái Anh Tùng MSSV: 10111094 SVTH: Huỳnh Ngọc Tiến Đạt MSSV: 10111142 TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2014 i
3. CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập-Tự do-Hạnh phúc Tp, Hồ Chí Minh, ngày tháng 2014. NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên Sinh viên : Thái Anh Tùng MSSV: 10111094 Huỳnh Ngọc Tiến Đạt MSSV: 10111142 Lớp: 10111CLC Ngành: Cơ Điện Tử Khoá : 2010-2014 1. Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO GẬY ĐIỆN TỬ TRỢ GIÚP NGƯỜI MÙ 2. Các số liệu, tài liệu ban đầu: chế tạo gậy điện tử có tầm đo 1.5 m và quét vật cản một góc 120°. 3. Nội dung thực hiện đề tài: - Nghiên cứu tổng quan về các hệ thống trợ giúp người mù trên thế giới. - Nghiên cứu và thiết kế gậy thông minh trợ giúp người mù có khả năng phát hiện lỗ, hố, vật cản xung quanh trong phạm vi bán kính 1m. -Thiết kế cơ khí nhỏ gọn, tiện lợi, nhẹ nhàng đảm bảo yếu tố linh hoạt trong lúc di chuyển. 4. Sản phẩm: Gậy Điện Tử Trợ Giúp Người Khiếm Thị. TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ii
4. CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập-Tự do-Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ và tên Sinh viên: MSSV: MSSV: Ngành: Tên đề tài: Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: NHẬN XÉT 1. Về nội dung đề tài và khối lượng thực hiện: 2. Ưu điểm: 3. Khuyết điểm: 4. Đề nghị cho bảo vệ hay không? 5. Đánh giá loại: 6. Điểm: (Bằng chữ ) Tp.Hồ Chí Minh, ngày thàng năm 2014 Giáo viên hướng dẫn (Ký &ghi rõ họ tên) iii
5. CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập-Tự do-Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ và tên Sinh viên: MSSV: MSSV: Ngành: Tên đề tài: Họ và tên Giáo viên phản biện: NHẬN XÉT 1.Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: 2. Ưu điểm: 3. Khuyết điểm: 4. Đề nghị cho bảo vệ hay không ? 5. Đánh giá loại: 6. Điểm: (Bằng chữ ) Tp.Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2014 Giáo viên phản biển (Ký & ghi rõ họ tên) iv
6. LỜI CẢM ƠN Bốn năm kể từ khi chúng tôi bước chân vào giảng đường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh đó là khoảng thời gian không phải là quá dài nhưng cũng không phải là ngắn ngủi trong sự trưởng thành của chúng tôi, trong khoảng thời gian này chúng tôi đã tiếp thu được một lượng kiến thức đáng kể không chỉ về kiến thức chuyên nghành mà còn về những kiến thức xã hội. Tất nhiên, chúng tôi sẽ không có được những điều đó nếu không có sự hỗ trợ của trường Đại Học với những chương trình tuyệt vời, cũng như những kiến thức được truyền đạt từ các giảng viên bộ môn Cơ Điện Tử. Vì vậy lời cảm ơn đầu tiên chúng tôi xin gởi đến trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh nói chung và Bộ môn Cơ Điện Tử nói riêng. Đồ án này chỉ có thể hoàn thành với sự hỗ trợ to lớn từ người giảng viên hướng dẫn TS. Nguyễn Bá Hải. Dưới sự hướng dẫn chân thành và nhiệt tình của một giảng viên trẻ đầy tài năng, nhiệt huyết với nghề, chúng tôi đã thực hiện từng bước và trở thành những người nghiên cứu độc lập trong lĩnh vực này và học làm thế nào để tạo ra những ý tưởng cũng như hoàn thành nhiệm vụ đề ra của đồ án. Thầy cũng đã hỗ trợ chúng tôi rất nhiều trong việc tiếp cận những vấn đề mới, cách tư duy giải quyết một vấn đề khó, vv. Vì vậy chúng tôi xin gởi đến thầy những lời cảm ơn chân thành nhất. Lời cảm ơn tiếp theo chúng tôi xin gởi đến các quý cô, bác hội người mù Quận Thủ Đức và một số cá nhân khác đã hợp tác, giúp đỡ chúng tôi rất nhiều để hoàn thành tốt đồ án này. Lời cảm ơn cuối cùng được gởi đến ba mẹ chúng tôi, những người đã đưa chúng tôi đến với cõi đời này và luôn dõi theo những bước chân của chúng tôi và luôn là nguồn động viên lớn với chúng tôi trong suốt cuộc đời. Tp.HCM, ngày 14 tháng 07 năm 2014 Nhóm sinh viên thực hiện v
7. TÓM TĂT ĐỀ TÀI Trong cuộc sống hàng ngày, con người cần phải di chuyển, cho dù trong công việc hay cuộc sống sinh hoạt hằng ngày. Đối với những người khiếm thị hay người có thị giác suy giảm là một điều gây cản trở và khó khăn rất nhiều cho cuộc sống của họ. Hiện nay, các phương tiện phổ biến nhất và được sử dụng bởi người khiếm thị là những cây gậy hoặc những con chó dẫn đường và một số sản phẩm dẫn đường khác cho người khiếm thị, tuy nhiên chúng có một số hạn chế nhất định về mặt công nghệ hay giá thành còn quá cao trong khi đó cuộc sống của những người bị mù phần lớn là gặp khó khăn về kinh tế nên chưa đáp ứng được những mong mỏi của phần lớn người khiếm thị. Trong hoàn cảnh này, chúng tôi đề xuất một sản phẩm, được đặt tên Electronic Blind Cane để giúp cho người mù có khả năng di chuyển dễ dàng hơn, an toàn hơn ở môi trường ngoài trời. Đây là một sản phẩm có khả năng quét môi trường xung quanh để phát hiện chướng ngại vật giúp cho người khiếm thị nhận biết, định hướng được vị trí vật cản trong môi trường, và chủ động tránh né. vi
8. ABSTRACT In everyday life, people need to move, whether in work or daily life activities. But the movement has always been a difficult and hinders alot of for the blind people's lives. Currently, the popular means used by the visually impaired are the canes or guide dogs and some other products to orient for the blind people; however these have some limitations in terms of technology or have price too high. While the lives of blind people have alot of economic difficulties so it is not meet the expectations of the blind people. In this context, we propose a product named Electronic Cane for Blind. This is the device to helps blind people can move easier, safer outdoor or indoor. This is a product has ability to scan the environment to detect obstacles to be able to help blind people identify, orient obstacles in the environment to proactive avoided. vii
9. MỤC LỤC Trang phụ bìa Trang Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp i Trang phiếu nhận xét của giáo viên hướng dẫn ii Trang phiếu nhận xét của giáo viên phản biện iii Lời cảm ơn iv Tóm tắt v Mục lục vi Danh mục các chữ viết tắt xi Danh mục các bảng biểu xii Danh mục các hình vẽ, biểu đồ xiii CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC DỰ ÁN CÔNG NGHỆ HỖ TRỢ NGƯỜI MÙ 1 1 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước. 1 1.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước. 1 1.1.1 Dự án SmartVision sử dụng công nghệ RFID và GPS để định hướng cho người mù. 1 1.1.2 Dự án Guidecane. 2 1.1.3 Dự ánCamera đeo tay giúp người mù quan sát vật thể. 4 1.1.4 Dự án NAVI hỗ trợ người khiếm thị di chuyển. 5 1.1.5 Dự án gậy thông minh Ultracane. 6 1.1.6 Dự án kính mắt thông minh nhận dạng được hình ảnh. 9 1.1.7 Dự án Orcam: đôi mắt kỹ thuật số biết đọc dành cho người khiếm thị. 10 1.1.8 Dự án kính BrainPort dành cho người mù nhìn bằng lưỡi. 11 1.1.9 Dự ánEyeMusic - giúp người mù phân biệt màu sắc bằng âm thanh. 12 1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước. 14 1.2.1 Dự án gậy thông minh do nhóm sinh viên các trường Đại học: Sư phạm, Ngoại thương và Bách khoa TP.HCM chung tay thực hiện. 14 1.2.2 Dự án kính Mắt Thần dành cho người khiếm thị. 15 viii
10. 1.3 Nhiệm vụ của đề tài và phạm vi nghiên cứu 16 1.4 Phương pháp nghiên cứu 16 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 17 2.1 Lý thuyết Haptics. 17 2.1.1 Một số khái niệm cơ bản về Haptics. 17 2.2 Giới thiệu một số lĩnh vực nghiên cứu Hatics. 18 2.2.1 Dựng hình haptics (Haptic rendering). 18 2.2.2 Nhận thức haptics (Haptic perception). 19 2.3 Ứng dụng công nghệ haptics trong đề tài. 20 CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO GẬY ĐIỆN TỬ 21 3.1 Các phương án thiết kế gậy điện tử. 21 3.1.1 Dùng cây gậy truyền thống có gắn viên bi hoặc con lăn. 23 3.1.2 Dùng cây gậy truyền thống có gắn cảm biến cố định và hai bánh xe cố định 24 3.1.3 Dùng cây gậy có thể gấp gọn được, bánh xe di chuyển đa hướng, cảm biến quét. 25 3.1.4 Dùng cây gậy hai thanh song song, cảm biến quét. 26 3.1.5 Dùng cây gậy hai thanh song song, hai cảm biến quét, điều chỉnh được chiều dài, trục bánh xe điều chỉnh được góc xoay. 27 3.1.6 Lựa chọn phương án thiết kế tối ưu 28 3.2 Lựa chọn loại cảm biến đo khoảng cách. 28 3.2.1 Cảm biến rada. 29 3.2.2 Cảm biến hồng ngoại. 29 3.2.3 Cảm biến siêu âm. 31 3.1.4 Lựa chọn cảm biến phù hợp với hệ thống. 32 3.3 Lựa chọn động cơ rung. 32 3.3.1 Thiết bị truyến động tuyến tính cộng hưởng. 32 3.3.2 Động cơ quay lệch tâm. 34 3.3.3 Lựa chọn motor phù hợp với hệ thống. 36 ix
11. 3.4 Lựa chọn Pin. 37 3.4.1 Pin Lithium-Polymer(Li-po). 37 3.4.2 Pin Lithium-lion (Li-lon) 38 3.4.3 Chọn loại pin phù hợp dự án. 39 3.5 Khái quát sơ đồ khối của hệ thống. 40 3.6 Thiết kế cơ khí gậy điện tử. 41 3.6.1 Tổng quan cơ khí gậy điện tử. 41 3.6.2 Thiết kế các thành phần cơ khí của gậy điện tử. 42 3.6.2.1 Thiết kế phần thân trên. 42 3.6.2.2 Thiết kế phần thân dưới. 43 3.6.2.3 Thiết kế phần bánh lái. 44 3.6.2.4 Thiết kế cơ cấu xoay cảm biến. 46 3.6.3 Tính toán thiết kế cơ khí. 47 3.6.4 Bản vẽ thiết kế cơ khí. 49 3.7 Thiết kế mạch điện. 59 3.7.1 Giới thiệu vi điều khiển. 60 3.7.2 Sỏ đồ khối mạch điều khiển. 64 3.7.3 Mạch nguyên lý của hệ thống. 65 3.7.4 Lưu đồ thuật toán. 69 3.7.5 Cách xác định vùng phát hiện vật cản ở bên trái, bên phải hay ở giữa. 70 3.8 Sản phẩm thực tế. 71 CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 79 4.1 Tiến hành thí nghiệm. 79 4.2 Tổng hợp và phân tích kết quả thực nghiệm 82 CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 x
12. DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VR Virtual Realty VE Virtual Environment CVE Collaborative virtual environment VFH Vector Field Histogram EERUF Error Eliminating Rapid Ultrasonic Firing GPS Global Position System RFID Radio Frequency Identification GIS Geographic Information System xi
13. DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 So sánh đặc tính hai động cơ ERM và LRA 36 Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật của motor rung 36 Bảng 4.1 Bảng thu thập dữ liệu 78 Bảng 4.2 Bảng kết quả 78 xii
14. DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BIỂU ĐỒ Hình 1.1 Tổng quan hệ thống SmartVision 1 Hình 1.2 Cách bố trí thẻ RFID trên lối đi 2 Hình 1.3 Vị trí người khiếm thị trên hệ thống GIS 2 Hình 1.4 Guidecane 3 Hình 1.5 Guidecane dẫn người đi qua vật cản 3 Hình 1.6 Cách phát hiện cầu thang của Guidecane 4 Hình 1.7 Thiết bị Eyering 5 Hình 1.8 Thiết bị NAVI 6 Hình 1.9 Thiết bị Gậy thông minh Ultracane 7 Hình 1.10 Tổng quan thiết kế gậy thông minh Ultracane 7 Hình 1.11 Tầm đo của gậy 8 Hình 1.12 Hình ảnh sau khi thu gọn của gậy 8 Hình 1.13 Thiết bị mắt kính thông minh nhận dạng hình ảnh. 9 Hình 1.14 Khảo sát thực nghiệm của thiết bị 10 Hình 1.15 Thiết bị mắt kính Orcam 11 Hình 1.16 Hình ảnh thực tế của BrainPort 12 Hình 1.17 Người dùng sử dụng Eyemusic 13 Hình 1.18 Hình ảnh thực tế của gậy 14 Hình 1.19 Các phiên bản qua nhiều giai đoạn cải tiến của mắt kính 15 Hình 1.20 Sản phẩm mắt thần của công ty Kiến Bình Minh 16 Hình 2.1 Mô hình phản hồi xúc giác trợ giúp người khiếm thị 20 Hình 3.1 Nhóm nghiên cứu thử di chuyển khi bị bịt mắt 22 Hình 3.2 Di chuyển trên đường với gậy truyền thống 22 Hình 3.3 Tính toán thiết kế thử cơ cấu bi lăn 23 Hình 3.4 Cơ cấu bi lăn gắn lên gậy 24 Hình 3.5 Mô phỏng thiết kế của ý tưởng 25 Hình 3.6 Sản phẩm thiết kế thử của ý tưởng thứ 3 26 Hình 3.7 Sản phẩm chế tạo thử của ý tưởng thứ 4 27 Hình 3.8 Mô phỏng thiết kế ý tưởng 5 28 Hình 3.9 Cảm biến Rada 29 Hình 3.10 Cảm biến IRF SHARP 2Y0A02 F38 30 Hình 3.11 Đồ thị biếu diễn mối quan hệ điện áp và khoảng cách 30 Hình 3.12 Cảm biến siêu âm SRF05 31 Hình 3.13 Đồ thị góc của chùm tia cảm biến siêu âm 31 Hình 3.14 LRA motor 32 Hình 3.15 Biểu đồ đáp ứng tần số cộng hưởng 33 xiii
15. Hình 3.16 Quan hệ biên độ, tần số vơi điện áp của LRA motor 33 Hình 3.17 Trục rung động của LRA motor 34 Hình 3.18ERM motor 34 Hình 3.19 Quan hệ biên độ, tần số vơi điện áp của ERM motor 35 Hình 3.20 Trục rung ERM motor 35 Hình 3.21 Quan hệ biên độ, tần số vơi điện áp của Motor rung Pico vibe mã số 304 -101 37 Hình 3.22 Pin Li-po 38 Hình 3.23 Pin Li-Ion 39 Hình 3.24 Loại Pin Li-Ion dùng trong dự án 40 Hình 3.25 Sơ đồ khối hệ thống 40 Hình 3.26 Tổng quan thiết kế gậy điện tử 41 Hình 3.27 Phần thân trên 42 Hình 3.28 Tay cầm 42 Hình 3.29 Khớp nối 43 Hình 3.30 Khớp nối thực tế 43 Hình 3.31 Phần thân dưới 44 Hình 3.32 a Phần khớp xoay gắn với trục bánh xe 44 a Phần khớp xoay gắn với trục bánh xe 44 b Phần khớp xoay gắn với phần thân 44 Hình 3.33 Phần bánh lái 45 Hình 3.34 Cơ cấu bánh lái thực tế 45 Hình 3.35 Cơ cấu xoay cảm biến 46 Hình 3.36 Cơ cấu xoay cảm biến thực tế 46 Hình 3.37 Tính toán thông số kích thước gậy 47 Hình 3.38 Bản vẽ khớp nối thân dưới 49 Hình 3.39 Bản vẽ khớp nối thân trên 50 Hình 3.40 Bản vẽ phần khớp xoay nối với thân dưới 51 Hình 3.41 Bản vẽ phần khớp xoay gắn với trục bánh xe 52 Hình 3.42 Bản vẽ part gá cảm biến 53 Hình 3.43 Bản vẽ part gắn Rc servo 54 Hình 3.44 Bản vẽ phần gá cơ cấu xoay cảm biến lên thân gậy 55 Hình 3.45 Trục bánh xe 56 Hình 3.46 Phần thân dưới 57 Hình 3.47 Phần thân trên 58 Hình 3.48 Bản vẽ lắp 59 Hình 3.49 Sơ đồ cấu trúc TM4C123GH6PM 61 Hình 3.50 Kit Tiva TM4C123G LauchPad 62 xiv
16. Hình 3.51 Sơ đồ khối bộ ADC 63 Hình 3.52 Sơ đồ mô đun PWM 64 Hình 3.53 Sơ đồ khối mạch điều khiển 65 Hình 3.54 Mạch nguồn board điều khiển 65 Hình 3.55 Mạch lọc nhiễu tín hiệu vào 66 Hình 3.56 Mạch Driver điều khiển động cơ 66 Hình 3.57 Ngõ vào ra của hệ thống 67 Hình 3.58 Bộ xử lý trung tâm MCU TM4C123GH6PM 68 Hình 3.59 Lưu đồ thuật toán 69 Hình 3.60 Phân vùng quét trong không gian 70 Hình 3.61 Hình ảnh thực tế gậy điện tử 71 Hình 4.1 Hình ảnh những buổi đi thực nghiệm sản phẩm 80 a) Thí nghiệm người mù nhận biết lề dốc 80 b) Thí nghiệm người mù dùng gậy đi trong nhà 80 c) Thí nghiệm người mù dùng gậy đi trên hành lang 80 d) Thí nghiệm người giả mù đi ở địa hình bằng phẳng 80 e) Thí nghiệm người giả mù dùng gậy phát hiện dốc, bậc 80 f) Thí nghiệm người giả mù đi trên hành lang 80 g) Thí nghiệm người mù thử mô hình nguyên lý của gậy 80 h) Thí nghiệm người mù đi ở địa hình dốc gồ ghề 80 xv
17. CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC DỰ ÁN CÔNG NGHỆ HỖ TRỢ NGƯỜI MÙ 1 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 1.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước Trong phần này, chúng tôi sẽ trình bày một số dự án đã được nghiên cứu và phát triển trên thế giới của các sản phẩm thực nghiệm sẽ được trình bày. Các dự án này cũng phản ánh tình trạng và ứng dụng các loại công nghệ giúp người mù di chuyển. 1.1.1 Dự án SmartVision sử dụng công nghệ RFID và GPS để định hướng cho người mù Nhóm nghiên cứu của trường đại học Đại học Tras-os-Montes e Alto Douro của Bồ Đào Nha đã phát triển một hệ thống định vị, định hướng cho người mù trong cả hai môi trường trong nhà và ngoài trời [Hình 1.1]. Các công nghệ được sử dụng trong dự án này là công nghệ định vị toàn cầu GPS để xác định vị trí người mù và công nghệ RFID để giảm thiểu lỗi vị trí của GPS tại một số nơi xác định. Trong dự án này các thẻ RFID được đạt ở các vị trí dọc theo lối đi, hành lan [Hình 1.2] và có một đầu đọc nằm trên đầu cây gậy để đọc và bám sát theo vị trí các thẻ RFID. Hình 1.1 Tổng quan hệ thống SmartVision Một hệ thống thông tin địa lý (GIS) với dữ liệu được cập nhật từ GPS [Hình 1.3]. Một ứng dụng web quản lý dễ dàng và cập nhật của tất cả các thông tin trong GIS cũng được xây dựng cho hệ thống này. Những công nghệ này được sử dụng với hai mục tiêu khác nhau. Mối quan tâm đầu tiên là chuyển hướng của người mù khi nhận tín hiệu thẻ RFID. Mối quan tâm thứ hai là hướng dẫn người mù bằngcách cung cấp thông tin về môi trường xung quanh mình(khoảng bán kính 2-3 mét) thông qua internet khi một người dùng truy cập hệ thống GIS xác định vị trí và hướng di 1
18. chuyển của người mù. Trong số các chức năng khác, dự án thực hiện các tính toán và sử dụng các tuyến đường chỉ định và xác định các điểm giao lộ, các tòa nhà hoặc các chướng ngại vật, vv. Hình 1.2 Cách bố trí thẻ RFID trên lối đi Hình 1.3 Vị trí người khiếm thị trên hệ thống GIS 1.1.2 Dự án Guidecane Sản phẩm được phát triển tại University Michigan Mobile Robotics. Thiết bị được thiết kế để giúp người mù hoặc khiếm thị giúp họ điều hướng một cách an toàn và nhanh chóng trong môi trường chướng ngại vật và các mối nguy hiểm khác người đi bộ phải đối mặt. Thiết bị bao gồm cây gậy với một tay cầm dài và một đầu cảm biến được gắn ở đầu cuối của gậy được gắn với hai bánh dẫn. Hai bánh dẫn này được lái điều hướng bởi một động cơ servo, trên hai bánh này còn có thêm một la bàn để định hướng hệ thống. Đầu trên của gậy có một joytick nhỏ với chức năng như bàn điều khiển giúp người mù dẫn hướng cho hệ thống [Hình 1.4]. 2
19. Khi người mù chọn hướng mà họ định di chuyển hai bánh sẽ chủ động lái dò tìm khi nào tín hiệu trả về từ la bàn đúng với hướng đã chọn thì hệ thống sẽ khóa bánh theo hướng đã xác định. Trong khi di chuyển khi cảm biến siêu âm phát hiện ra vật cản khu vực rộng 120° phía trước gậy. Hệ thống để ngay lập tức xác định một hướng tối ưu để di chuyển bằng kỹ thuật tránh vật cản được gọi là “Vector Field Histogram” (VFH) kết hợp với kỹ thuật “Error Eliminating Rapid Ultrasonic Firing” (EERUF). Hình 1.4 Guidecane Hình 1.5 Guidecane dẫn người đi qua vật cản 3
20. Trong thực tế, quỹ đạo của người đi theo sau quỹ đạo của các bánh xe dẫn tương tự như cách một trailer sau một chiếc xe tải. Một vấn đề đặc biệt khó khăn cho người mù khi đi bộ là cầu thang. Guidecane cung cấp các giải pháp riêng biệt cho lúc bước xuống và bước lên cầu thang. Khi bước xuống các bánh xe của các Guidecane thả rơi xuống như một tín hiệu phản hồi về người dùng. Bước lên thì khó phát hiện hơn. Cảm biến mặt trước phát hiện bậc dưới cầu thang như một vật cản bình thường với một khoảng cách R1. Nhưng một cảm biến tiếp theo được gọi là “forward-up” sẽ phát hiện bậc thang cao hơn với một khoảng cách R2 Sự khác biệt giữa R1 và R2, được tính toán và, nếu nó đáp ứng một tiêu chí được lập trình trước cho cầu thang Guidecane xác định các đối tượng như cầu thang. Hình 1.6 Cách phát hiện cầu thang của Guidecane 1.1.3 Dự án Camera đeo tay giúp người mù quan sát vật thể Viện Công nghệ Massachusetts (Mỹ) đã sáng tạo ra một thiết bị mang tên Eyering, có khả năng giải thích hình ảnh của vật thể chụp được từ camera sang dạng ngôn ngữ nói hỗ trợ cho người bị mù. Bộ phận chính của eyering là 1 camera VGA nhỏ, 1 con chip AVR sử dụng xung nhịp 16MHz, 1 module Bluetooth radio và một cục pin Li-ion 3,7V. Ngoài ra, còn có 1 cổng USB để hỗ trợ việc sạc pin và cài đặt lại chương trình, 1 nút công tắc tắt - bật nguồn và 1 nút bấm bên phía ngón cái để xác nhận lại mệnh lệnh. Người sử dụng chỉ cần chỉ ngón tay đeo thiết bị về phía vật thể, nhấn nút phía bên ngón cái ra lệnh cho hệ thống. Camera sẽ chụp ảnh vật thể và gửi tới chiếc điện 4
21. thoại thông minh có kết nối Bluetooth. Eyering sẽ thông qua một phần mềm đặc biệt xử lý hình ảnh và qua module để chuyển thông tin từ dạng hình ảnh sang dạng nói rồi thông báo kết quả qua tai nghe gắn vào điện thoại. Thiết kế gọn nhẹ của Eyering được đánh giá là tiện sử dụng và hiệu quả cao. Hình 1.7 Thiết bị Eyering 1.1.4 Dự án NAVI hỗ trợ người khiếm thị di chuyển Các sinh viên thuộc Đại học Konstanz (Đức) đã tập trung vào các khả năng tạo ảnh 3D của máy ảnh Kinect Microft để thiết kế một thiết bị có thể cải tiến cây gậy dò đường màu trắng công nghệ thấp. Bằng cách sử dụng phản hồi âm thanh và rung động, hệ thống NAVI có thể giúp xác định vị trí các hiểm nguy tiềm tàng đối với người khiếm thị tốt hơn. Thiết bị trên là sản phẩm sáng tạo của hai học viên thạc sỹ Michael Zollner và Stephan Huber. Được gắn trên đỉnh đầu của người khiếm thị thông qua một chiếc mũ cứng và băng keo dán, máy ảnh Kinect có thể phát hiện các vật thể nằm bên ngoài phạm vi kiểm soát nhỏ hẹp của cây gậy. Hình ảnh và thông tin chuyên sâu do camera thu nhận sẽ được chuyển tiếp đến máy tính xách tay nằm trong ba lô đeo sau lưng, vốn được kết nối qua cổng USB với một bộ điều khiển Arduino đính chặt vào một băng vải đeo quanh eo. Phần mềm của máy tính xách tay sẽ xử lý các thông tin về không gian và độ sâu, rồi chuyển chúng tới 3 cặp động cơ rung LilyPad Arduino gắn bên trái, phải 5
22. S K L 0 0 2 1 5 4