ТРОСТЬ-СКАНЕР ДЛЯ ЛЮДЕЙ С ОГРАНИЧЕННЫМИ ВОЗМОЖНОСТЯМИ ПО ЗРЕНИЮ

Предлагаемая полезная модель относится к медицинской технике и используется для информирования слабовидящих и слепых людей о наличии и расстоянии до препятствий по пути их следования, как на улице, так и внутри помещений.
В качестве прототипа рассматривается устройство, известное по патенту RU 2352317 C1 «Трость для инвалида по зрению», которое содержит палку с рукояткой, а также связанные электрической цепью приемоизлучатель, блок обработки и сигнализатор. Приемоизлучатель установлен в трости с возможностью изменения угла наклона к оси палки в плоскости симметрии трости и снабжен средством оперативного управления углом наклона в процессе движения пользователя.
Отличительной чертой известного устройства является метод подвижного крепления одиночного приемоизлучателя для оперативного выбора зоны локации препятствий пользователем.
Недостатками выбранного прототипа трости для инвалида по зрению является то, что пользователь должен точно знать о предполагаемом расположении препятствия и заранее сориентировать приемоизлучатель на него, либо вести постоянное сканирование путем переориентации приемоизлучателя вокруг оси его крепления.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является значительное повышение быстродействия при трехкратном расширении золы эхолокации и отсутствии механически подвижных элементов. Как следствие: расширение функциональных возможностей трости-сканера для инвалида по зрению, обеспечивающих в кратчайший интервал времени получение данных о наличии опасности столкновения пользователя с препятствиями расположенными на различных по высоте уровнях в пределах человеческого роста в автоматическом режиме, не требующем механического воздействия, направленного на поиск возможного наличия этих препятствий.
Устройство и принцип работы полезной модели показаны на прилагаемых фигурах.
На фиг. 1 приведена блок-схема электрической части трости-сканера:
1 - электронный блок обработки информации;
2 - модуль вывода информации;
3 - акустический преобразователь
4 - вибропреобразователь;
5 - передатчик беспроводного канала связи;
6 - модуль проблесковых маячков;
7 - клавиатура управления;
8 - микропроцессор;
9 - энергонезависимая память;
10 - модуль питания;
11 - модуль согласования с ультразвуковыми приемоизлучателями;
12, 13, 14 - ультразвуковые приемоизлучатели.
Фиг. 2 иллюстрирует взаимное расположение компонентов полезной модели.
16 - светодиоды модуля проблесковых маячков.
Форма и положение совокупной зоны эхолокационного сканирования трости-сканера поясняются на фиг. 3
17 - плоскость перпендикулярная направлению движения пользователя.
Предлагаемая к рассмотрению трость-сканер для инвалида по зрению имеет три ультразвуковых приемоизлучателя 12, 13, 14, закрепленных неподвижно с разницей в высоте крепления от грунта и углами установки относительно оси трости-сканера таким образом, что векторы направленности их зон эхолокации позволили получить совокупность телесных углов, обеспечивающую обнаружение препятствий в радиусе действия ультразвуковых приемоизлучателей. Проекция этих телесных углов на вертикальную плоскость 17 перпендикулярную направлению движения пользователя покрывает по высоте и ширине габариты человеческого тела в полный рост.
Результат, полученный по совокупности примененных элементов и способа их взаимного подключения и расположения - устройство, предназначенное для использования под управлением загружаемой в память микропроцессора программой, способное распознавать препятствия, определять расстояние до них и выводить информацию, заменяя зрительное восприятие звуковыми сообщениями.
Электронный блок обработки информации 1 через модуль согласования с ультразвуковыми приемоизлучателями 11 управляет посылкой пакетов ультразвуковых импульсов и приемом отраженного объектами сигнала поочередно для каждого из трех ультразвуковых приемоизлучателей 12, 13 и 14, осуществляя эхолокационное сканирование. Микропроцессор 8 рассчитывает дистанцию до препятствия для каждого из ультразвуковых приемоизлучателей по временному интервалу между отосланным и отраженным сигналами. По запросу пользователя, поступающего посредством воздействия на клавиатуру управления 7 результаты сканирования поступая от микропроцессора на модуль вывода информации 2, транслирующего ее в виде звуковых (через акустический излучатель 3) или тактильных, включением вибрационного преобразователя 4, сигналов. Также звуковая информация передается передатчиком канала беспроводной связи 5 на гарнитуру, закрепленную, например, на дужках оправы очков. Питание электронных элементов осуществляется от встроенного автономного модуля питания 10.
На момент подачи заявки устройство было собрано и испытано. Условия проведения тестирования соответствуют фиг. 3. Для тестирования использовалась трость-сканер фиг. 2, собранная в тонкостенной стеклопластиковой трубке длиной 1300 мм. Угол наклона оси устройства к поверхности грунта 40 градусов.
Ультразвуковые пьезоэлектрические приемоизлучатели 12, 13 и 14 в герметичном исполнении, с рабочей частотой 40 кГц располагались следующим образом: два направлены параллельно поверхности грунта на высоте 250 мм и 850 мм, третий - на высоте 850 мм направлен вверх в сторону движения под углом около 30 градусов к горизонтали.
Стена, как сплошное вертикальное препятствие, определяется всеми тремя ультразвуковыми приемоизлучателями на расстоянии до 2,8 м.
В качестве одиночного объекта, в соответствии с заявленными производителем ультразвуковых приемоизлучателей техническими характеристиками, была использована полиэтиленовая труба диаметром 100 мм. При произвольном расположении оси трубы в плоскости перпендикулярной направлению действия ультразвуковых приемоизлучателей. при любых углах к горизонту и высоте от уровня грунта до 1,8 м (рост пользователя трости длиной 1300 мм), достоверно определялось расстояние до объекта каждым из трех ультразвуковых приемоизлучателей на дистанции до 2 м.
Человек, одетый в мягкую одежду, обнаруживается на расстоянии до 1.5 м.
Испытанное устройство укомплектовано модулем проблесковых маячков 6, выполненного с использованием красных светодиодов повышенной яркости свечения 16 и предназначенного для повышения безопасности инвалида в темное время суток. Модуль автоматически включается на 30 секунд, когда ось трости-сканера переводится на короткое время в горизонтальное положение. Временного интервала в 30 секунд вполне достаточно для пересечения проезжей части дороги.
В качестве передатчика устройства беспроводной связи 5 для трансляции речевых сообщений применялись светодиоды инфракрасного диапазона излучения, а приемник, состоящий из фотодатчиков, усилителя низкой частоты, миниатюрных громкоговорителей и аккумулятора был смонтирован на оправе очков, что позволило использовать трость-сканер в местах с повышенным уровнем внешних шумов.
Наличие в трости-сканере вибропреобразователя 4 целесообразно в случае, когда человек с физическими недостатками по зрению имеет еще и недостатки по слуховому восприятию.
Опытный образец, электронный блок обработки информации которого был также оснащен системой спутниковой навигации, электронными часами-календарем и цифровым термометром имеет малую массу (0,4 кг) и низкое энергопотребление. Время непрерывной работы трости-сканера от встроенной аккумуляторной батареи емкостью напряжением 7,4 вольта и емкостью. 800 mAh при интенсивном использовании превысило 12 часов без подзарядки.
Результаты проведенных испытаний доказали промышленную применимость полезной модели, а также ее надежность и технологичность в виду отсутствия по сравнению с прототипом подвижных механических соединений.