Устройство навигации слепых и слабовидящих

Полезная модель относится к медицинской технике и используется для информирования слабовидящих и слепых людей о наличии препятствий по пути их следования, как на улице, так и внутри помещений.
Известно устройство для ориентации слабовидящих в пространстве (№168009 от 31.12.2015). Устройство содержит ультразвуковой датчик с возможностью подачи и приема сигнала, звуковой сигнализатор и элемент определяющий расстояние, направление и характер препятствия. Также устройство содержит микроконтроллер и связанные с ним вибромотор, ячейки Брайля; кнопки выбора режима разной конфигурации и систему речевого оповещения о выбранном режиме: звуковой сигнал и/или вибрация и/или система Брайля; элементы определяющие расстояние, направление и характер препятствия, а также - акселерометр. Недостатком данного устройства является использование датчика расстояния только ультразвукового типа, который требователен к температурным режимам эксплуатации, кроме того, нет возможности одновременного определения препятствий по горизонтали и перепадов дорожного полотна. Для тотально слепых не предусмотрена возможность обнаружения цветовых маркеров специализированного дорожного покрытия (желтые, красные и т.д.). Также, нет возможности ориентации по заранее отмеченным информационно-значимым объектам (опорным точкам).
Известна трость для ориентации в пространстве людей, недавно потерявших зрение (№162234 от 25.12.2015). Трость для ориентации в пространстве людей, недавно потерявших зрение, имеет два ультразвуковых дальномера и один инфракрасный датчик движения, которые неподвижно установлены на трости. Взаимное расположение ультразвуковых дальномеров и инфракрасного датчика, их положение относительно продольной оси трости позволяет производить сканирование впереди лежащего пространства ультразвуковым и инфракрасным методом. Конструкция предлагаемой полезной модели позволяет в результате поочередного опроса ультразвуковых приемоизлучателей и инфракрасного датчика получать данные о наличии препятствий, создающих опасность столкновения и отличать людей от других препятствий в эргономическом пространстве инвалида, вырабатывать новые навыки ориентации в пространстве людей, недавно потерявших зрение. Информация выводится для человека с ограниченными возможностями по зрению в виде голосовых сообщений. Недостатком данного устройства является невозможность определения препятствий, связанных с перепадами дорожного покрытия. Для тотально слепых не предусмотрена возможность обнаружения цветовых маркеров специализированного дорожного покрытия (желтые, красные и т.д.). Также, нет возможности ориентации по заранее отмеченным информационно-значимым объектам (опорным точкам).
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип является устройство для слепых и слабовидящих людей под названием «Bat-1» [http://www.donnews.ru/Shkolnik-iz-Volgodonska-izobrel-nasadki-na-obuv-dlya-slepyh-lyudey_14588]. Устройство представляет собой очки, на которых укреплены три ультразвуковых датчика и микроконтроллер. С помощью датчиков определяется расстояние до объекта и вибромоторчик сообщает человеку о препятствии. Чем ближе расстояние, тем сильнее вибросигнал. Кроме того в комплект входят насадки на обувь, работающие по аналогичной схеме. Здесь два ультразвуковых датчика прикреплены к носу обуви, а вибромоторчик прикреплен к ноге. Сигнал об объекте сообщается ноге, на которой прикреплен вибромоторчик. Вибросигнал начинает поступать человеку минимум за 60 см от объекта. Очки и насадки на обувь могут работать обособленно друг от друга.
Недостатком прототипа является то, что датчики жестко связаны с корпусом очков или насадкой на обувь, и изменение положения датчиков во время движения может приводить к появлению ошибочных данных о препятствиях, кроме того отсутствует возможность выбора режима передачи информации. Информация о препятствии путем вибрации воспринимается вестибулярным аппаратом, который обеспечивает анализ положений и перемещений головы в пространстве, активизацию тонуса мышц и поддержание равновесия тела. При широком спектре воздействующих на человека вибраций вестибулярный аппарат может передавать ложную информацию. Также недостатком конструкции является невозможность обнаружения препятствия по вертикали, в том числе перепадов дорожного покрытия по высоте. Для тотально слепых не предусмотрена возможность обнаружения цветовых маркеров специализированного дорожного покрытия (желтые, красные и т.д.). Также, нет возможности ориентации по заранее отмеченным информационно-значимым объектам (опорным точкам).
Задачей предлагаемой полезной модели является создание устройства навигации слепых и слабовидящих как внутри помещений, так и на улице. Также, устройство должно решать задачу ориентации в пространстве по заранее отмеченным информационно-значимым объектам (опорным точкам), что дает возможность прокладывать маршрут пользователя и выбирать конечный пункт передвижения, опираясь на метки. Кроме того, устройство должно обеспечивать идентификацию цветовых обозначений специализированного дорожного покрытия тотально слепыми.
Техническим результатом, достигаемым с помощью предлагаемой полезной модели, является обеспечение людей достоверной информацией о наличии препятствия, о перепадах дорожного полотна, идентификация цветовых обозначений специализированного дорожного покрытия тотально слепыми, обеспечение возможности ориентироваться в помещении по специализированным меткам, которые сигнализируют об опорных точках, а также отсчет количества шагов, что дает возможность составить маршрут движения пользователя.
Поставленная задача решается тем, что устройство навигации слепых и слабовидящих выполнено в виде крепления на обувь и содержит электронный блок обработки информации с энергонезависимой памятью и источником питания, к которому подключены по меньшей мере два ультразвуковых датчика расстояния, а также акустический и тактильный блоки вывода информации. При этом ультразвуковые датчики расстояния расположены предпочтительно на уровне голеностопного сустава, параллельно горизонтальной плоскости и под углом относительно друг друга таким образом, чтобы их диаграммы направленности перекрывались, исключая слепую зону при движении. Кроме того, устройство дополнительно снабжено по меньшей мере двумя инфракрасными датчиками расстояния, подключенными к электронному блоку обработки информации и расположенными в вертикальной плоскости друг над другом под углом. Также дополнительно установлен по меньшей мере один датчик цвета и устройство, позволяющее фиксировать момент соприкосновения подошвы с горизонтальной поверхностью. Дополнительно в районе латеральной поверхности установлен приемник инфракрасного диапазона, обеспечивающий считывания меток внутри помещений. Также устройство навигации слепых и слабовидящих содержит два тактильных блока вывода информации, установленных на противоположных сторонах относительно его вертикальной оси.
Полезная модель поясняется чертежами.
Фиг. 1 - вид сбоку;
Фиг. 2 - вид спереди.
где 1 - контактный датчик касания, 2 - датчик цвета, 3 - ультразвуковые датчики расстояния, 4 - инфракрасные датчики расстояния, 5 - инфракрасный приемник, 6 - электронный блок обработки информации с энергонезависимой памятью и источником питания, 7 - тактильный блок вывода информации, 8 - акустический блок.
Заявляемое устройство представляет собой съемную конструкцию на обувь. Непосредственно на самой подошве обуви устанавливается контактный датчик касания 1, используемый для определения расстояния до препятствий и перевода пройденного расстояния в шаги, выполненный, например, в виде акселерометра. Датчик цвета 2 устанавливается также в подошве ботинка и служит для распознавания цветовых маркеров. На переднюю часть конструкции устанавливаются по меньшей мере два ультразвуковых датчика 3 расположенных предпочтительно на уровне голеностопного сустава параллельно горизонтальной плоскости под углом относительно друг друга таким образом, чтобы их диаграммы направленности перекрывались, исключая слепую зону при движении пользователя. Инфракрасные датчики расстояния 4 расположены предпочтительно на уровне между коленом и голеностопным суставом в вертикальной плоскости друг над другом под углом для определения препятствий, связанных с перепадами дорожного покрытия по высоте и обнаружения препятствий на уровне груди и головы (шлагбаумы, открытые створки окон и т.д.). В районе латеральной поверхности дополнительно установлен инфракрасный приемник 5, который принимает последовательность импульсов с инфракрасного передатчика, установленного предварительно в информационно-значимых точках помещений, где перемещается пользователь, например дверях кабинетов. Инфракрасный передатчик используется в качестве метки при ориентации пользователя внутри предварительно укомплектованного этими метками помещения. При этом инфракрасный передатчик устанавливается на таком уровне от пола, чтобы быть с инфракрасным приемником 5 примерно на одном уровне. Также на съемной конструкции на обувь устанавливается электронный блок обработки информации 6 с энергонезависимой памятью и источником питания. В верхней части устройства устанавливаются два тактильных блока вывода информации 7, выполненные, например, в виде вибромоторов. При этом тактильные блоки вывода информации должны располагаться на противоположных сторонах устройства, предпочтительно по левую и правую стороны относительно голени пользователя. Также на устройстве устанавливается акустический блок 8, выполненный, например, в виде динамика. При желании пользователя акустический блок 8 может быть установлен не обязательно непосредственно на самом устройстве навигации, а, например, на элементе одежды: поясе, воротнике и.т.д.
Заявляемое устройство работает следующим образом. С помощью креплений устройство устанавливается на обувь пользователя. Переключателем, находящимся в составе электронного блока обработки информации устройство переводится в рабочий режим. При соприкосновении подошвы обуви с дорожным полотном контактный датчик касания передает сигнал в блок обработки информации о старте измерения. Два ультразвуковых датчика посылают сигнал излучателем, входящим в состав каждого, и при получении приемником, также входящим в состав каждого из датчиков, отраженной ультразвуковой волны блоком обработки информации делается вывод о препятствии на пути следования и производится расчет расстояния до него. При этом ультразвуковые датчики расположены под углом друг к другу таким образом, что диаграммы направленности перекрывают друг друга, исключая слепую зону при сканировании пространства для определения препятствий по горизонтали, параллельно дорожному полотну. Информация о препятствии передается пользователю тактильным способом с помощью вибромотров, установленных по обе стороны от голени для дифференцирования препятствия относительно пользователя (слева или справа). По мере приближения к препятствию частота вибрации усиливается. Одновременно с работой ультразвуковых датчиков, производится излучение волны инфракрасного диапазона инфракрасными датчиками. Один из инфракрасных датчиков измеряет расстояние до дорожного полотна, при этом в начальный момент времени, при установке устройства на обувь пользователя, в момент, когда человек стоит, производится первый контрольный замер расстояния до дорожного полотна, принимаемый за константу, все последующие измерения этим датчиком при прохождении маршрута пользователем сравниваются с этой константой, и при появлении отклонений от заданной константы, устройство навигации предупреждает пользователя о яме (увеличение расстояния до дорожного покрытия) или о возвышении (уменьшение расстояния до дорожного покрытия). Второй инфракрасный датчик, расположенный под углом к первому и ориентированный вверх отслеживает препятствия на уровне груди и головы. Факт получения отраженного инфракрасного сигнала интерпретируется блоком обработки информации как препятствие. Информация от инфракрасных датчиков в случае обнаружения препятствий передается пользователю с помощью звукового сигнала через динамик (с помощью крепления может устанавливаться в любое удобное для пользователя место, например на часть одежды, ремень, либо быть прикрепленным к обуви). Частота звукового сигнала усиливается по мере приближения к препятствию. Для тотально слепых предусмотрена возможность обнаружения цветовых маркеров специализированного дорожного покрытия (желтые, красные и т.д.), что дает дополнительную возможность ориентации в пространствах, специально оборудованных в соответствии с принятыми принципами «Доступной среды». При обнаружении цветового маркера дорожного покрытия пользователю передается сообщение о цвете через динамик. Для возможности ориентации по опорным точкам, например, внутри помещения, на информационно-значимых объектах предварительно устанавливаются инфракрасные метки, которые посылают пакет импульсов, несущих информацию об объекте (например номер кабинета в учебном учреждении). При попадании пользователя с устройством навигации в зону метки, информация считывается инфракрасным приемником и передается в блок обработки информации. Пользователь слышит из динамика речевое сообщение об объекте.
Комбинация используемых в заявляемом устройстве навигации датчиков позволяет пользователю обнаружить как статические препятствия, так и препятствия, местоположение в пространстве которых может изменяться. Ориентация датчиков описанным выше способом позволяет предупредить пользователя о препятствиях по горизонтали и вертикали. Кроме того, встроенный цветовой датчик позволяет тотально слепым расширить их возможности ориентации по цветовым маркерам специализированной контрастной разметки для слепых. Использование устройства фиксации момента завершения шагового движения позволяет снизить погрешность используемых датчиков, исключая проведение измерения в промежуточные моменты времени в процессе шагового движения (измерение производится в момент прилегания подошвы обуви к дорожному полотну, что гарантирует сохранение угла измерения), и, при необходимости отсчитывать количество шагов для расширения возможностей в ориентировании.
Таким образом, заявляемое устройство навигации слепых и слабовидящих обеспечивает удобное ориентирование пользователя как внутри помещений, так и на улице. Также, устройство решает задачу ориентации в пространстве по заранее отмеченным информационно-значимым объектам (опорным точкам), что дает возможность прокладывать маршрут пользователя и выбирать конечный пункт передвижения, опираясь на метки. Кроме того, устройство обеспечивает идентификацию цветовых обозначений специализированного дорожного покрытия тотально слепыми