ШЛЕМ ДЛЯ ОРИЕНТАЦИИ СЛЕПЫХ В ПРОСТРАНСТВЕ

Полезная модель относится к техническим средствам, позволяющим ориентироваться в пространстве людям, лишенным зрения.
Известен направляющий шлем для слепых [CN 109091356 A, МПК A61H3/06 (2006.01), опубл. 28.12.2018], содержащий корпус шлема и козырек. Вокруг выступающей части корпуса шлема расположены четыре камеры. В нижней части козырька расположен громкоговоритель, на верхнем торце корпуса шлема - фотоэлектрическая панель, в центре фотоэлектрической панели - сигнализация. На одном торце корпуса шлема расположен ремень регулировки натяжения. Одна боковая стенка корпуса шлема соединена с возможностью поворота с кнопкой поворота, один конец которой неподвижно соединен с микрофоном. Поверхность микрофона соединена с возможностью поворота с кнопкой регулировки громкости. Внутренняя стенка корпуса шлема жестко соединена с аккумуляторным блоком. В корпус шлема встроен процессор. Камеры подключены к процессору, вход которого подключен к входу инфракрасного датчика расстояния. Камеры и инфракрасный датчик расстояния воспринимают окружающую среду, процессор анализирует: находится ли слепой в опасности или нет, а громкоговоритель сообщает об этом.
Известен шлем безопасности для слепых [CN 109156921 A, МПК A42B1/24 (2006.01), A61H3/06 (2006.01), опубл. 08.01.2019], содержащий корпус, модуль управления обнаружением и устройство обработки вычислений. Модуль управления обнаружением установлен на корпусе шлема и содержит аккумуляторный блок, блок обнаружения, блок сигнализации, блок беспроводной связи и блок управления, электрически соединенный с блоком обнаружения, блоком сигнализации и блоком беспроводной связи. Блок обнаружения содержит ультразвуковой датчик и датчик освещенности. Блок сигнализации содержит акустический сигнализатор тревоги и светоизлучающий элемент. Блок беспроводной связи согласован с мобильным терминалом, принимает сигнал, выводимый из блока управления, и посылает сигнал в согласованный мобильный терминал, принимает предупреждающий сигнал, выводимый из мобильного терминала, и передает его в блок управления. Устройство обработки вычислений передает сигналы в мобильный терминал и позволяет ему принимать сигнал интерфейса беспроводной передачи. По сигналу обнаружения раннего предупреждения определяется, является ли препятствие опасным, и, если да, то генерируется предупреждающий сигнал для отправки на беспроводный приемный интерфейс.
Общим недостатком указанных устройств является то, что они не позволяют создавать виртуальную картину окружающего пространства.
Известен шлем для ориентации слепых в пространстве [СN 105959572 А, МПК A61F9/08, A61H3/06, H04N13/04, H04N5/232, опубл. 21.09.2016], содержащий блок трехмерной фотографии, блок обработки сигналов и блок матрицы контактов c кожей головы человека. Блок трехмерной фотосъемки содержит источник света ближнего инфракрасного диапазона для освещения и фотоэлектрические датчики для фотосъемки левой и правой ближней инфракрасной области двумя камерами. Блок обработки сигнала содержит блок предварительной обработки, блок выделения глубины и блок количественного вывода. Блок матрицы контактов расположен на внутренней поверхности шлема в области лба и содержит 12×6 одинаковых выемок в шлеме, в каждой из которых размещен электромагнит. Каждый электромагнит образован двумя коаксиальными цилиндрами разного диаметра, которые своими торцами прикреплены ко дну выемки. Цилиндр большего диаметра выполнен с крышкой, в которой проделано отверстие. Внутри цилиндров по их оси размещен сердечник, выступающий через отверстие в крышке большего цилиндра с возможностью осевого возвратно-поступательного перемещения. Часть сердечника, расположенная внутри большего цилиндра, выполнена со стопорным кольцом над меньшим цилиндром. На сердечник между внутренней поверхностью крышки большего цилиндра и стопорным кольцом надета пружина.
Блок матрицы контактов, образуя контактную решетку, основан на принципе сенсорной замены и осуществляет воздействие на лоб для обеспечения слепого информацией о положении, размере и расстоянии до препятствия. Восприятие контактного удара расположено в двумерном прямоугольнике. В зависимости от размера и ориентации препятствия соответствующий контакт активируется для генерирования соответствующего импульсного сигнала стимуляции.
Известен шлем для ориентации слепых в пространстве [RU 200700 U1, МПК A61F9/08 (2006.01), A61H3/06 (2006.01), A42B1/24 (2006.01), опубл. 05.11.2020], выбранный в качестве прототипа, содержащий корпус, в куполообразной части внутренней оболочки которого выполнены равномерно расположенные одинаковые выемки, в каждой из которых размещен электромагнит, представляющий собой катушку с обмоткой, которая закреплена в выемке. Внутри катушки размещен сердечник из кремнистой электротехнической стали, который выполнен с возможностью осевого вибрирующего возвратно-поступательного перемещения, обеспечивая тактильное воздействие на кожу головы человека. К выступающему из каждой катушки в сторону внешней оболочки шлема концу сердечника прикреплен стопорный диск, между которым и соответствующим торцом катушки на сердечник надета пружина. На часть сердечника, выступающую из катушки в сторону головы человека, надето стопорное кольцо, за которым выступающий конец сердечника скруглен. На внешней стороне корпуса в его затылочной части установлены устройство обработки информации, блок питания и блок управления. В передней части внешней стороны корпуса размещены ультразвуковой датчик расстояния и видеокамера, объектив которой расположен в центральной части шлема. К блоку питания подключены ультразвуковой датчик расстояния, видеокамера, устройство обработки информации и блок управления. Шлем оснащен наушниками, а на боковых поверхностях шлема закреплена светодиодная лента. Ультразвуковой датчик расстояния и видеокамера связаны с устройством обработки информации, которое соединено с блоком управления, который подключен к наушникам, светодиодной ленте и к обмотке каждого электромагнита.
Этот шлем позволяет создавать недифференцированную по расстояниям до препятствий виртуальную картину окружающего пространства, формирующуюся в голове слепого, за счет тактильных сигналов, получаемых кожей головы человека от вибрации сердечников электромагнитов.
Техническим результатом полезной модели является создание шлема, позволяющего расширить арсенал средств ориентации слепого или слабовидящего в окружающем пространстве.
Шлем для ориентации слепых в пространстве, также как в прототипе, содержит корпус, в куполообразной части внутренней оболочки которого выполнены равномерно расположенные одинаковые выемки, в каждой из которых закреплен электромагнит, который содержит обмотку на катушке, внутри которой с возможностью осевого вибрирующего возвратно-поступательного перемещения размещен сердечник, обеспечивая тактильное воздействие на кожу головы человека, на выступающем из каждой катушки в сторону внешней оболочки шлема конце сердечника прикреплен стопорный диск, между которым и соответствующим торцом катушки на сердечник надета пружина, на часть сердечника, выступающую из катушки в сторону головы человека, надето стопорное кольцо, за которым выступающий конец сердечника скруглен, на внешней поверхности оболочки корпуса в его затылочной части установлены устройство обработки информации, блок питания и блок управления, в передней внешней части корпуса размещены ультразвуковой датчик расстояния и видеокамера, объектив которой расположен в центральной части шлема, к блоку питания подключены ультразвуковой датчик расстояния, видеокамера, устройство обработки информации и блок управления, ультразвуковой датчик расстояния и видеокамера связаны с устройством обработки информации, которое соединено с блоком управления, который подключен к наушникам, к обмотке каждого электромагнита и к светодиодной ленте, закрепленной на боковых поверхностях шлема.
0
Согласно полезной модели электромагниты закреплены в выемках каждого ряда от лобной части шлема к затылочной, образуя группы по три электромагнита так, что углы наклона осей сердечников крайних электромагнитов каждой группы относительно оси сердечника среднего электромагнита составляют 20в сторону лобной части и в сторону затылочной части шлема.
Сердечник электромагнита выполнен из кремнистой электротехнической стали.
Предложенный шлем для ориентации слепых позволяет создавать объемную, дифференцированную по расстояниям до препятствий, виртуальную картину окружающего пространства, формирующуюся в голове слепого, за счет тактильных сигналов, получаемых кожей головы человека от вибрации по разному ориентированных сердечников разных групп электромагнитов.
На фиг. 1 показан общий вид шлема для ориентации слепых в пространстве.
На фиг. 2 показана конструкция электромагнита.
На фиг. 3 показана схема расположения разных групп электромагнитов.
На фиг. 4 показано взаимное расположение сердечников электромагнитов в группе из трех электромагнитов.
На фиг. 5 представлена блок-схема шлема для ориентации слепых в пространстве.
Шлем для ориентации слепых в пространстве (фиг. 1) содержит корпус, на внешней стороне которого установлены: в затылочной части устройство обработки информации 1, блок питания 2 и блок управления 3, а спереди - ультразвуковой датчик расстояния 4 и видеокамера 5, объектив которой расположен в центральной части шлема. Шлем оснащен наушниками 6, а снаружи - на боковых поверхностях шлема - светодиодной лентой 7. В куполообразной части внутренней оболочки 8 корпуса шлема выполнены одинаковые выемки 9, расположенные рядами от лобной части к затылочной части, на равном расстоянии друг от друга, внутри каждой из которых размещен электромагнит.
Каждый электромагнит (фиг. 2) содержит обмотку 10 на катушке 11, внутри которой с возможностью осевого вибрирующего возвратно-поступательного перемещения размещен сердечник 12 из кремнистой электротехнической стали. На выступающем из каждой катушки 11 в сторону внешней оболочки шлема конце сердечника 12 прикреплен стопорный диск 13, между которым и соответствующим торцом катушки 11 на сердечник 12 надета пружина 14. На часть сердечника 12, выступающую из катушки 11 в сторону головы человека, надето стопорное кольцо 15, за которым выступающий конец сердечника 12 скруглен.
Электромагниты закреплены вплотную в выемках каждого ряда от лобной части шлема к затылочной, образуя группы по три электромагнита 16, 17, 18 так, что угол наклона осей сердечников крайних электромагнитов 17 и 18 каждой группы относительно оси сердечника среднего электромагнита 16 составляет 20°.
К блоку питания 2 подключены ультразвуковой датчик расстояния 4 (фиг. 5), видеокамера 5, устройство обработки информации 1, блок управления 3. Ультразвуковой датчик расстояния 4 и видеокамера 5 связаны с устройством обработки информации 1, которое соединено с блоком управления 3, который подключен к наушникам 6, светодиодной ленте 7 и к обмотке 10 каждого электромагнита.
Устройство обработки информации 1 представляет собой процессор Xtensa LX6. Блок управления 3 представляет собой микроконтроллер ESP32. В качестве ультразвукового датчика расстояния 4 использован стандартный ультразвуковой дальномер HC SR04 arduino.
Электрическая энергия от блока питания 2 поступает в ультразвуковой датчик расстояния 4, видеокамеру 5, устройство обработки информации 1 и блок управления 3. Сигналы от ультразвукового датчика расстояния 4 и видеокамеры 5 поступают в устройство обработки информации 1, из которого выдаются сигналы в блок управления 3. Сигналы из блока управления 3 передаются в наушники 6, светодиодную ленту 7 и на обмотки 10 электромагнитов. Управляющий сигнал из блока управления 3, поступая на обмотки 10, заставляет колебаться сердечники 12 внутри катушек 11. Перемещение каждого сердечника 12 с одной стороны катушки 11 ограничено надетой на сердечник 12 пружиной 14 и закрепленным на нем стопорным диском 15, а с другой стороны катушки 11 - стопорным кольцом 15, надетым на часть сердечника 12, выступающую в сторону головы человека. Амплитуда колебаний всех сердечников 12 различна и передается через их скругленные концы на прилегающие точки поверхности кожи головы 19 слепого с различной интенсивностью. Из множества точек с различной интенсивностью воздействия скругленного конца сердечника 12 человек мысленно формирует объемную картину окружающего пространства. Осязательный образ формируется на основе синтеза множества тактильных сигналов, образующихся при непосредственном воздействии на кожу головы 19 человека. На основе обучения и самообучения слепой формирует объёмный образ окружающего пространства. Этот формирующийся образ является объемным. Образ дополняется информацией от ультразвукового датчика расстояния 4. По мере приближения слепого к крупному объекту по сигналу из блока управления 3 возрастает частота колебаний каждого подвижного сердечника 12, ответственного за конкретную точку приближающегося объекта. Вследствие этого образ, формирующийся у слепого, приобретает объёмность. Кроме того, при приближении к крупному объекту по сигналу из блока управления 3 формируется звук в наушниках 6. Громкость звука возрастает по мере сближения с крупным объектом, предупреждая слепого о приближающейся опасности. По сигналу из блока управления 3 начинает светиться светодиодная лента 7 мерцающим светом, предупреждая окружающих людей о движении слепого.
Так как, тактильные сигналы зависят от угла наклона сердечников 12 электромагнитов и их ориентации относительно кожи головы 19 слепого, то это различие является дополнительной информацией при формировании объемного изображения различных предметов и объектов окружающей действительности.
0
0
Крайние электромагниты 17 каждой группы, оси сердечников которых наклонены на 20в сторону лобной части шлема относительно оси сердечника 12 среднего электромагнита 16, позволяют сформировать образ предметов дальнего плана. Крайние электромагниты 18 каждой группы, оси сердечников 12 которых наклонены на 20в сторону затылочной части шлема относительно оси сердечника 12 среднего электромагнита 16 формируют образ предметов переднего плана. Колебания сердечника среднего электромагнита 16 каждой группы формируют образ предметов среднего плана.
Таким образом, информация, полученная от ультразвукового датчика расстояния 4 и видеокамеры 5, и преобразованная в тактильные сигналы за счёт вибрации сердечников 12, позволяет расширить возможности создания объемного изображения различных предметов и объектов окружающей действительности у слепого.