A low-cost and low-power hole-detecting cane for the visualy impaired

Abstract

Este trabalho propõe uma nova bengala para cegos e amblíopes concebida com o principal objectivo de melhorar a mobilidade dos seus utilizadores através da detecção de buracos, desníveis e degraus. Uma breve pesquisa mostrou que os dispositivos “inteligentes” actualmente disponíveis apenas fornecem detecção de obstáculos à frente do utilizador. Obstáculos que podem ser facilmente detectados por contacto físico com uma vulgar bengala. Por outro lado, as associações de cegos e amblíopes deixam claro que os buracos, desníveis e degraus estão entre as suas maiores preocupações, especialmente buracos de esgoto sem tampa, mostrando que este é um campo onde a investigação e desenvolvimento tecnológicos deverão incidir. Existiu uma grande preocupação relativamente ao baixo consumo energético do dispositivo, bem como com o baixo custo global de um hipotético produto final. As técnicas desenvolvidas para a detecção de buracos baseiam-se em pulsos de ultra-sons. É utilizada energia solar para manter as pilhas carregadas de modo que o utilizador não necessite de preocupar-se frequentemente com a mudança ou carregamento das baterias. Outra característica inovadora desta bengala está relacionada com o aumento de visibilidade e segurança proporcionado ao utilizador em ambientes nocturnos ou escuros, especialmente ao atravessar ruas ou em áreas de tráfego intenso. A bengala detecta automaticamente a luz ambiente e decide ligar ou desligar uma matriz de LEDs intermitentes dispostos ao longo da bengala. Isto permite que os condutores reconheçam antecipadamente e com mais segurança o invisual e tomem as precauções necessárias. Para interacção da bengala com o utilizador são utilizados vibração e/ou sinais sonoros. Testes realizados em ambientes reais provaram a validade do conceito e dos algoritmos apresentados, permitindo detectar eficazmente buracos, desníveis e degraus, verificando-se apenas um número muito limitado de falsas detecções em superfícies muito irregulares. No entanto, todos os buracos foram detectados independentemente do tipo de superfície, mostrando que a abordagem efectuada permite melhorar a mobilidade e confiança dos cegos e amblíopes de uma forma eficaz. Este trabalho cobre todos os detalhes relativos ao desenvolvimento deste novo dispositivo, bem como os resultados obtidos.

ABSTRACT: This work proposes a new cane for the visually impaired which is capable of detecting holes, drop-offs and steps, designed with the main purpose of improving the mobility of visually impaired individuals. A small research was initially conducted and showed that currently available “intelligent” canes only provide detection of obstacles ahead of the subject, obstacles which would be easily detected by physical contact with any regular cane. Furthermore, in conversations with visually impaired associations, it became clear that holes, drop-offs and steps are among their greatest concerns, especially uncovered sewer manholes, helping to realize that this was one of the fields where technological research and development should be focused. Throughout this work, there was a great concern in the low-power consumption of the device, as well as the overall low cost of a hypothetically final product. The developed techniques for hole-detection rely on pulses of ultrasounds. Solar power is used to keep the batteries charged so that the user does not need to worry about changing or charging any batteries on a regular basis. Another innovative feature of this cane is related with the increasing visibility and safety provided to the user under dark conditions, especially when crossing streets or in heavy traffic areas. The cane automatically detects the ambient light and decides to turn on or off an array of blinking LEDs along the body of the cane. This enables drivers to recognize the user earlier and better, in order to take the necessary precautions. The means of interaction between the cane and the user are vibration and/or audible signals. Field tests proved and validated the concept and algorithms presented, allowing holes, drop-offs and steps to be detected flawlessly, and with only a very limited number of false detections occurring in very irregular surfaces. Nonetheless, all the holes were detected in every kind of surface, proving this is an efficient way of bringing a clear path to the visually impaired. This work covers all the details concerning the development of this new device, as well as the results of practical field tests.