Трехканальный ультразвуковой ассистивный помощник для инвалидов по зрению Российский патент 2025 года по МПК A61F9/08 

Область техники

Предлагаемое изобретение относится к области медицины и может быть использовано для ориентации инвалидов по зрению в пространстве. Устройство надевается на кисть левой или правой руки, что позволяет частично использовать руку с ним. Наличие трех дальномерных датчиков, расположенных под углом относительно друга и гироскопа, позволяет определять не только расстояние до объекта, но и угол наклона поверхности, что решает проблему обнаружения лестниц и обрывов.

Инвалиды по зрению имеют очевидные ограничения и поэтому их перемещение затруднено. Чаще всего они пользуются белой тростью, которой «ощупывают» пространство непосредственно перед собой, но даже при должной сноровке скорость перемещения с тростью существенно ограничена, кроме того, существует проблема своевременной остановки перед препятствиями типа «лестница» или «обрыв». Для решения этой проблемы, как правило, используют собаку поводыря. Но в свою очередь собака поводырь несет для инвалида по зрению целый ряд бытовых проблем, начиная от того, что с собакой нельзя попасть в некоторые помещения и заканчивая сложностями по уходу за ней.

Уровень техники

Известны устройства для регистрации и измерения расстояний. Эти устройства обычно представляют собой, ультразвуковые и лазерные дальномеры и спаренные камеры. Общие методы и процедуры, используемые для проведения таких измерений, включают измерение времени распространения электромагнитной или звуковой волны до объекта и обратно, затем следует процедура триангуляции. Представление этих данных и передача этих данных обычно осуществляется голосом. Причем устройства размещаются на очках, на ногах или на ушах (US 7.755,744 B1, US 2,267,735, RU 2060028C1).

Аналогом предлагаемого устройства является устройство (Патент №RU 2060028C1, Российская федерация, МПК A61F 9/08), информация об окружающем пространстве передается на наушники, содержащее генератор сигналов, правый и левый ультразвуковые преобразователи, последовательно соединенные, первый усилитель и правый головной телефон, последовательно соединенные второй усилитель и левый головной телефон, последовательно соединенные усилитель тракта излучения и передатчик, дополнительно введены последовательно соединенные первый аналого-цифровой преобразователь (АЦП), первый вход которого соединен с выходом правого ультразвукового преобразователя (УЗП), а второй вход подключен к выходу первого коммутатора, первый блок памяти, первый цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), выход последнего является входом первого усилителя, последовательно соединенные второй АЦП, первый вход которого соединен с выходом левого УЗП, а второй вход подключен к выходу второго коммутатора, второй блок памяти, второй ЦАП, выход которого является входом второго усилителя, последовательно соединенные генератор синхронизирующих импульсов, подключенный своим выходом к первым входам коммутаторов и к первому входу счетчика, первый делитель частоты, соединенный своим выходом с вторыми входами обоих ЦАП, второй делитель частоты, выход которого является входом генератора сигналов и входом блока задержки, соединенного своим выходом с вторым входом счетчика и вторыми входами коммутаторов, третьи входы последних подключены к выходу счетчика, выход генератора сигналов соединен с входом усилителя тракта излучения. Устройство не позволяет обнаруживать лестничные пролеты и ямы.

Однако, указанное устройство передает сигнал через наушники, что, по сути, сразу же не дает использовать главный орган чувств слепого – слух. Т. е. устройство имеет проблемы со способом представления информации. Кроме того, указанное устройство не позволяет обнаруживать лестничные пролеты и ямы. Предлагаемое устройство лишено вышеперечисленных недостатков, т.к. оно передает информацию посредством вибрации в руку пользователю и не закрывает органы слуха, кроме того за счет совместной работы трех датчиков устройство позволяет обнаруживать ямы и лестничные пролеты.

В качестве прототипа выбирается известное устройство (Патент № RU 168009 U1, Российская федерация, МПК A61F 9/08, начало действия патента с 2015.12.31), являющееся прототипом предлагаемого изобретения, содержащее ультразвуковой датчик, связанный с микроконтроллером, подключенным к ячейкам Брайля через драйвер ячеек Брайля и выполненное с возможностью определения расстояния, направления и характера препятствия, отличающееся тем, что дополнительно к микроконтроллеру подключены акселерометр, работающий в режиме тангажа и, через драйвер управления приводом - пьезопривод, выполненный с возможностью сканирования по азимуту и в вертикальной плоскости, а также - вибромотор, звуковой сигнализатор, кнопки выбора режима, система речевого оповещения о выбранном режиме и аккумулятор. Устройство не позволяет классифицировать препятствия в виде ям и лестничных пролетов.

Однако указанное устройство имеет ряд недостатков. Во-первых, использование азбуки Брайля для информирования пользователя является не востребованным слепыми. Во-вторых, сканирование всего пространства несет избыточную информацию, которую сложно воспринимать. В-третьих, недостатком является отсутствие реакции на препятствия типа «лестница» и «обрыв».

Раскрытие сущности изобретения

Задачей (техническим решением) предлагаемого изобретения является информирование инвалида по зрению об окружающей обстановки в секторе перед ним с учетом системы обнаружения препятствий, включающей лестницы и обрывы, и передача этой информации виброимпульсами или звуковым оповещением.

Поставленная задача достигается тем, что в отличие от известного устройства (прототипа) в котором не реализован механизм обнаружения препятствий типа «лестница» и «обрыв» в предлагаемом устройстве, содержащем микроконтроллер и связанные с ним три ультразвуковых датчика измерения расстояния с возможностью подачи и приема сигнала, вибромотор, гироскоп, кнопку выбора режима работы, кнопку включения активного режима работы, кнопку включения, аккумулятор, систему вибрационного оповещения, при этом три ультразвуковых датчика расположены под углом относительно друг друга и гироскопа.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства, на фиг. 2 показан вид устройства в разрезе.

Предлагаемое устройство (фиг. 1 и фиг. 2) содержит: 1 – кнопка последовательного переключения режимов, 2 – кнопка активного режима работы, 3 – кнопка включения или выключения устройства, 4 – ультразвуковой дальномерный датчик, 5 – микроконтроллер, 6 – гироскоп, 7 – ультразвуковой дальномерный датчик, 8 – драйвер вибромотора, 9 – DC/DC преобразователь, 10 – ультразвуковой дальномерный датчик, 11 – вибромотор, 12 – аккумуляторная батарея.

Устройство работает следующим образом. Это - переносной детектор обнаружения препятствий, выполненный в форме носимого на руке устройства (фиг.2). Ношение на руке осуществляется за счет прорези, устройство крепится на 4 пальцах. Для управления устройством предусмотрены кнопки: включения (3), смены режима работы (1) и выхода на рабочий режим (2). Кнопка включения расположена на верхнем ребре (стороне) устройства на расстоянии от остальных элементов, чтобы исключить случайное выключение устройства. Также на верхнем ребре (стороне) ближе к руке располагается кнопка выбора режима работы устройства. Ее расположение позволяет осуществлять переключение режимов работы большим пальцем руки. На тыльной стороне устройства, прилегающей к руке, расположен нажимной механизм для выхода на рабочий режим. При зажатии данной кнопки происходит передача показаний дальномерного устройства пользователю в виде виброимпульсов. Такой подход обеспечивает комфортное использование и уменьшает энергопотребление.

При включении устройства происходит два последовательных виброимпульса сигнализирующих о включение устройства, аналогично при выключении устройства пользователь уведомляется тремя виброимпульсами. Также в момент переключения режимов работы пользователь информируется характерным вибросигналом из последовательных импульсов разной интенсивности.

Работа устройства осуществляется в различных режимах, выбираемых автоматически. Первый режим позволяет пользователю оценивать расстояние до препятствий на максимально возможной дистанции для сбора информации об окружающих предметах, пространстве, препятствиях. Второй режим предназначен для оповещения о потенциально опасных объектах на пути, такие как лестницы, глубокие ямы и обрывы и т.д.

Для использования пользователь может при зажатой кнопке выхода на рабочий режим направлять рукой устройство в интересующем его направлении и получать отклик от устройства в виде виброимпульсов. Направляя устройство в различные направления, осуществляется реализация принципа эхолокации, когда по отражению звуковой волны определяется дальность до объектов.

При изучении окружающего пространства пользователь направляет устройство плавным движением в радиусе вокруг себя и получает сведения о структуре окружающего пространства или помещения. В случае передвижения используется второй режим работы устройства. Направляя его в направлении движения, пользователь получает сообщение об обнаружении потенциально опасной ситуации в случае близости со стеной или другим вертикальным препятствием, лестницей или в случае обнаружения обрыва по пути следования (например, от большой ямы или лестницы вниз).

Работа устройства осуществляется за счет встроенного аккумулятора. Зарядка осуществляется подключением устройства через USB кабель как к стандартным портам выхода на различных устройствах, так и через стандартизированные зарядные устройства. При сильном падении уровня заряда устройства происходит информирование пользователя периодическим виброимпульсом при нахождении устройства в режиме ожидания.

Техническим результатом является преимущество, достигаемое за счет использование трех ультразвуковых датчиков, что совместно с гироскопом позволяет определять объекты, например, такие как обрывы и лестницы, а затем через введенную в него систему вибрационного оповещения передавать информацию пользователю.

Изобретение относится к медицине. Трехканальный ультразвуковой ассистивный помощник для инвалидов по зрению, выполненный в виде носимого в руке детектора обнаружения препятствий, определения обрывов и лестниц, выполненного с возможностью крепления на четырех пальцах посредством прорези и содержащего микроконтроллер и связанные с ним три ультразвуковых датчика измерения расстояния с возможностью подачи и приема сигнала, вибромотор, гироскоп, кнопку выбора режима работы, кнопку включения активного режима работы, кнопку включения, аккумулятор, систему вибрационного оповещения. При этом три ультразвуковых датчика измерения расстояния выполнены с возможностью расположения под углом относительно друг друга и гироскопа. Применение данного изобретения позволит определять объекты, например, такие как обрывы и лестницы, а затем через введенную в него систему вибрационного оповещения передавать информацию пользователю. 2 ил.

Трехканальный ультразвуковой ассистивный помощник для инвалидов по зрению, выполненный в виде носимого в руке детектора обнаружения препятствий, определения обрывов и лестниц, и выполненного с возможностью крепления на 4 пальцах посредством прорези и содержащего микроконтроллер и связанные с ним три ультразвуковых датчика измерения расстояния с возможностью подачи и приема сигнала, вибромотор, гироскоп, кнопку выбора режима работы, кнопку включения активного режима работы, кнопку включения, аккумулятор, систему вибрационного оповещения, отличающийся тем, что три ультразвуковых датчика измерения расстояния, выполнены с возможностью расположения под углом относительно друг друга и гироскопа.