CZ2020583A3

CZ2020583A3 - Mechatronic visualization aid

Info

Publication number: CZ2020583A3
Application number: CZ2020583A
Authority: CZ
Inventors: Martin VOJTEK; Martin Vojtek
Original assignee: Martin VOJTEK; Martin Vojtek
Priority date: 2020-10-27
Filing date: 2020-10-27
Publication date: 2021-10-27
Also published as: CZ308976B6

Abstract

Mechatronická vizualizační pomůcka,kde obsahuje prostorový detektor (1) určený ke skenovaní svého okolí, k detekci objektů v tomto okolí a k zjištění informací o vzdálenosti těchto objektů od prostorového detektoru (1), jejich azimutu a vertikálního úhlu, který je datově propojen s vyhodnocovací jednotkou (2) s vyhodnocovacím softwarem určeným pro vyhodnocování informací získaných z prostorového detektoru (1) o jeho okolí a k vytvoření příkazových instrukcí, datově napojenou na kontaktní podložku (3) určenou pro umístění na tělo uživatele, určenou k přijímání příkazových instrukcí a k vytváření požadované odezvy na ně, a dále obsahuje napájecí zdroj (4) pro napájení prostorového detektoru (1) a kontaktní podložky (3).Mechatronic visualization aid, which contains a spatial detector (1) designed to scan its surroundings, to detect objects in this environment and to find out information about the distance of these objects from the spatial detector (1), their azimuth and vertical angle, which is data-connected to the evaluation unit (2) with evaluation software for evaluating information obtained from the spatial detector (1) about its surroundings and for generating command instructions, data-connected to a contact pad (3) for placement on the user's body, for receiving command instructions and generating a desired response to and further comprises a power supply (4) for powering the room detector (1) and the contact pad (3).

Description

Mechatronická vizualizační pomůckaMechatronic visualization aid

Oblast technikyField of technology

Vynález se týká mechatronické vizualizační pomůcky určené převážně pro slabozraké.The invention relates to a mechatronic visualization device intended mainly for the visually impaired.

Dosavadní stav technikyState of the art

Nevidomý/slabozraký používá k pohybu v prostoru především hmat a sluch. Nej významnější kompenzační pomůckou je orientační hůl. Orientační hole zajišťují svou délkou dostatečný odstup od překážek a tím zvyšují bezpečnost uživatele. Jsou cenným zdrojem hmatových i sluchových informací (povrchy, materiály, odražený zvuk). Používají se k vyhledání orientačně významných míst i k udržení směru určeného výraznými liniovými prvky, jako jsou zdi, obrubníky atd.The blind / partially sighted mainly use touch and hearing to move in space. The most important compensatory aid is an orientation stick. Orienteering sticks ensure a sufficient distance from obstacles and thus increase the user's safety. They are a valuable source of tactile and auditory information (surfaces, materials, reflected sound). They are used to find landmarks as well as to maintain the direction determined by prominent line elements, such as walls, curbs, etc.

Existují i elektronické kompenzační pomůcky, např. navigační jednotka, která slouží k určení polohy nevidomého člověka v terénu. Základem jednotky je GPS přijímač. Informace o poloze nevidomého se pravidelně odesílají na vyhrazený internetový server, a odtud informace putují do počítačů v Navigačním centru. Pokud se uživatel s jednotkou pohybuje, na obrazovce počítače operátora vzniká záznam jeho pohybu. Komunikace s operátorem probíhá prostřednictvím mobilního telefonu nebo navigační jednotky, pokud má zabudovanou SIM kartu.There are also electronic compensation aids, such as a navigation unit, which is used to determine the position of a blind person in the field. The basis of the unit is a GPS receiver. Information about the location of the blind is regularly sent to a dedicated Internet server, and from there the information travels to computers in the Navigation Center. If the user moves with the unit, a record of his movement is created on the screen of the operator's computer. Communication with the operator takes place via a mobile phone or navigation unit, if it has a built-in SIM card.

Mezi další kompenzační pomůcky patří ultrazvukové vyhledávače překážek. Tyto pomůcky upozorňují na překážku odrazem ultrazvuku, převedeným na vibrační nebo zvukový signál. S přibližováním se k překážce narůstá intenzita signálu. Pomůcky slouží především k upozornění na překážky, které se vyskytují od výše pasu směrem nahoru (nejsou vykryty holí) a slouží tudíž jako doplněk hole.Other compensatory aids include ultrasonic obstacle detectors. These aids alert you to obstacles by ultrasound reflection, which is converted into a vibration or sound signal. As the obstacle approaches, the signal strength increases. The aids are mainly used to draw attention to obstacles that occur from the waist upwards (they are not covered by the stick) and therefore serve as a supplement to the stick.

Výše uvedené kompenzační pomůcky poskytují uživateli jen velmi omezenou představu o prostoru, ve kterém se nachází. Orientační hůl předává informaci o jednou konkrétním bodě v prostoru, navigační jednotky neposkytují informace o reálné situaci okolo uživatele, a ultrazvukové vyhledávače překážek informují pouze obecně o blížící se překážce, ale nikoliv o její přesné velikosti a poloze takového objektu.The above compensatory aids give the user only a very limited idea of the space in which he is located. The orientation stick transmits information about one specific point in space, navigation units do not provide information about the real situation around the user, and ultrasonic obstacle searchers only inform about the approaching obstacle in general, but not about its exact size and position of such an object.

Užitný vzor CZ 21022 U1 popisuje zařízení pro orientaci nevidomých, které obsahuje senzor snímající prostor ve směru pohybu nevidomého, hmatový displej a mezi senzorem a hmatovým displejem zapojený převodník/filtr výstupního signálu ze senzoru na vstupní signál pro hmatový displej. Nevýhodou představeného zařízení je použití stereoskopických kamer, které jsou těžké a nepřesné a také to, že na hmatový displej není přenášena informace, která by odpovídala aktuálnímu prostoru před tímto hmatovým displejem, ale před detektorem, což se projeví při změně polohy pouze hmatového displeje. Podstatnou nevýhodou je i 2D zobrazení, které dává sice pojem o vzdálenosti, ale jen jako celku, nikoliv jednotlivých bodů ve snímaném obraze.Utility model CZ 21022 U1 describes a device for orienting the blind, which comprises a sensor sensing the space in the direction of movement of the blind, a tactile display and a converter / filter of the output signal from the sensor to the input signal for the tactile display connected between the sensor and the tactile display. The disadvantage of the presented device is the use of stereoscopic cameras, which are heavy and inaccurate, and also that no information corresponding to the actual space in front of this tactile display is transmitted to the tactile display, but in front of the detector, which only affects the position of the tactile display. A significant disadvantage is the 2D display, which gives the concept of distance, but only as a whole, not individual points in the scanned image.

Cílem vynálezu je představit vizualizační pomůcku, která by výše uvedené nevýhody stavu techniky potlačila.The object of the invention is to provide a visualization aid which overcomes the above-mentioned disadvantages of the prior art.

Podstata vynálezuThe essence of the invention

Výše zmíněné nedostatky odstraňuje do značné míry mechatronická vizualizační pomůcka obsahující prostorový detektor datově propojený s vyhodnocovací jednotkou s vyhodnocovacím softwarem datově propojenou s kontaktní podložkou, a napájecí zdroj pro napájení prostorového detektoru a kontaktní podložky, kde prostorový detektor je určen ke skenovaní svého okolí, a k detekci objektů/bodů v tomto okolí, k zjištění informací o vzdálenosti detekovaných objektůThe above-mentioned shortcomings are largely eliminated by a mechatronic visualization aid comprising a room detector data-connected to an evaluation unit with evaluation software data-connected to a contact pad, and a power supply for the room detector and contact pad, where the room detector is designed to scan its surroundings and detect objects / points in the vicinity, to find out the distance information of the detected objects

- 1 CZ 2020 - 583 A3 od prostorového detektoru, jejich azimutu a vertikálního úhlu, a vyhodnocovací software vyhodnocovací jednotky je určen k vyhodnocování informací získaných z prostorového detektoru o jeho okolí a k vytvoření příkazových instrukcí pro kontaktní podložku, kontaktní podložka je určena pro umístění na kůži uživatele, k přijímání příkazových instrukcí z vyhodnocovací jednotky a k vytváření požadované odezvy na ně, přičemž každý tlakový bod kontaktní, jehož podstata spočívá v tom, že prostorovým detektorem je lidarový detektor, prostorový detektor a kontaktní podložka jsou synchronně orientovány stejným směrem, a intenzita odezvy kontaktní podložky odpovídá vzdálenosti detekovaných bodů od detektoru.- 1 CZ 2020 - 583 A3 from the spatial detector, their azimuth and vertical angle, and the evaluation software of the evaluation unit is designed to evaluate the information obtained from the spatial detector about its surroundings and to create command instructions for the contact pad, the contact pad is designed for placement on the skin user, to receive command instructions from the evaluation unit and to generate the required response to them, each contact pressure, the essence of which consists in that the room detector is a lidar detector, the room detector and the contact pad are synchronously oriented in the same direction, and the intensity of the contact response The pad corresponds to the distance of the detected points from the detector.

Ve výhodném provedení dále obsahuje ovladač intenzity odezvy kontaktní podložky na příkazové instrukce, napojený na vyhodnocovací jednotku.In a preferred embodiment, the response pad response intensity controller further comprises command instructions connected to the evaluation unit.

V jiném výhodném provedení je vyhodnocovací jednotkou průmyslový počítač.In another preferred embodiment, the evaluation unit is an industrial computer.

V jiném výhodném provedení je kontaktní podložkou mechanická kontaktní podložka obsahující vysouvatelné/zasouvatelné výstupky, určené pro vytvoření odezvy ve formě tlaku na pokožku uživatele, na niž je umístěna, a to o síle odpovídající příkazové instrukci vyhodnocovací jednotky.In another preferred embodiment, the contact pad is a mechanical contact pad comprising extendable / retractable protrusions designed to produce a pressure response to the user's skin on which it is placed, with a force corresponding to the command instruction of the evaluation unit.

V jiném výhodném provedení je kontaktní podložkou tepelná kontaktní podložka určená k vytvoření odezvy ve formě tepla působícího na pokožku uživatele, na níž je umístěna, a to o intenzitě odpovídající příkazové instrukci dané vyhodnocovací jednotkou.In another preferred embodiment, the contact pad is a thermal contact pad designed to produce a heat response to the user's skin on which it is placed, at an intensity corresponding to the command instruction given by the evaluation unit.

V jiném výhodném provedení obsahuje napájecí zdroj alespoň jednu dobíječi litinovou baterii.In another preferred embodiment, the power supply comprises at least one rechargeable cast iron battery.

V jiném výhodném provedení jsou kontaktní podložka a/nebo prostorový detektor a/nebo vyhodnocovací jednotka součástí helmy určené pro nasazení na hlavu uživatele.In another preferred embodiment, the contact pad and / or the room detector and / or the evaluation unit are part of a helmet intended to be worn on the user's head.

Objasnění výkresůClarification of drawings

Vynález bude dále přiblížen pomocí obrázků, kde obr. 1 představuje mechatronickou vizualizační pomůcku podle vynálezu, obr. 2 představuje mechatronickou vizualizační pomůcku podle obr. 1 umístěnou na těle uživatele, obr. 3 představuje mechatronickou vizualizační pomůcku podle vynálezu ve formě helmy, obr. 4 představuje mechatronickou vizualizační pomůcku podle obr. 3 umístěnou na těle uživatele, obr. 5 představuje princip detekce objektů v okolí mechatronické vizualizační pomůcky podle vynálezu, a obr. 6 představuje kontaktní podložkou mechatronické vizualizační pomůcky podle vynálezu ve formě mechanické kontaktní podložky.The invention will be further illustrated by the figures, where Fig. 1 shows a mechatronic visualization device according to the invention, Fig. 2 shows a mechatronic visualization device according to Fig. 1 placed on the user's body, Fig. 3 shows a mechatronic visualization device according to the invention in the form of a helmet. Fig. 5 shows the principle of detecting objects in the vicinity of the mechatronic visualization device according to the invention, and Fig. 6 shows the contact pad of the mechatronic visualization device according to the invention in the form of a mechanical contact pad.

Příklad uskutečnění vynálezuExample of an embodiment of the invention

Mechatronická vizualizační pomůcka podle vynálezu je představena na obr. 1 a obsahuje prostorový detektor 1 datově propojený s vyhodnocovací jednotkou 2 s vyhodnocovacím softwarem a kontaktní podložku 3.The mechatronic visualization aid according to the invention is shown in FIG. 1 and comprises a spatial detector 1 data-connected to an evaluation unit 2 with evaluation software and a contact pad 3.

Prostorový detektor j. je určen ke skenovaní svého okolí, k detekci objektů v tomto okolí a k zjištění informací o vzdálenosti těchto objektů od detektoru 1, jejich azimutu a vertikálního úhlu.The spatial detector j. Is intended for scanning its surroundings, for detecting objects in this surroundings and for finding out information about the distance of these objects from the detector 1, their azimuth and vertical angle.

Prostorovým detektorem ]_ je výhodně lidarový detektor určený k měření vzdálenosti předmětů od tohoto zařízení, pracující na principu měření doby letu laserového pulsu, který se odrazí od snímaného objektu a vrátí se zpět k vysílacímu detektoru L Tímto způsobem je vypočítána vzdálenost objektu od detektoru 1 s přesností na 2 až 3 cm. Multikanálové lidary vysílají v jeden moment více laserových paprsků, pod různými úhly. Tímto způsobem pořizují tzv. mračno bodů, které lze vizualizovat v souřadnicovém systému, kde každý naměřený bod má svou x, y, z poziciThe spatial detector 1 is preferably a lidar detector for measuring the distance of objects from this device, operating on the principle of measuring the flight time of a laser pulse which bounces off the object and returns to the transmitting detector L. In this way the distance of the object from the detector is calculated. accuracy to 2 to 3 cm. Multi-channel lidars emit multiple laser beams at one time, at different angles. In this way, they acquire a so-called point cloud, which can be visualized in a coordinate system, where each measured point has its x, y, z position

-2CZ 2020 - 583 A3 vůči středu tohoto systému, který v tomto případě představuje osu detektoru 1. Pozice každého bodu jsou k dispozici v reálném čase. Detektor 1 tedy předává informace o každém naměřeném bodě/objektu ve formátu: azimut, vertikální úhel a vzdálenost.-2GB 2020 - 583 A3 relative to the center of this system, which in this case represents the axis of detector 1. The positions of each point are available in real time. Detector 1 therefore transmits information about each measured point / object in the format: azimuth, vertical angle and distance.

Vyhodnocovací jednotka 2 s vyhodnocovacím softwarem je určena k vyhodnocování informací získaných z prostorového detektoru 1 a k vytvoření příkazových instrukcí pro kontaktní podložku 3. Prostorový detektor 1 dosahuje většího bodového rozlišení, než jakého je kontaktní podložka 3 schopna využít. Proto je třeba toto rozlišení komprimovat.The evaluation unit 2 with the evaluation software is intended for evaluating the information obtained from the spatial detector 1 and for generating command instructions for the contact pad 3. The spatial detector 1 achieves a higher point resolution than the contact pad 3 is able to use. Therefore, this resolution must be compressed.

Vyhodnocovací jednotkou 2 je např. průmyslový počítač, určený ke zpracování informace o x, y, z pozici detekovaných bodů.The evaluation unit 2 is, for example, an industrial computer designed to process information about x, y from the position of the detected points.

Kontaktní podložka 3 je určena pro umístění na tělo uživatele, k přijímání příkazových instrukcí ak vytváření požadované odezvy na část těla, na niž je umístěna. Pro nej vhodnější umístění kontaktní podložky 3 bylo zvoleno uživatelovo čelo, viz obr. 2, jelikož patří mezi pět nejcitlivějších částí těla (těmi jsou dále konečky prstů, jazyk, rty a nos).The contact pad 3 is intended to be placed on the user's body, to receive command instructions and to generate a desired response to the part of the body on which it is placed. The user's forehead was chosen for the most suitable location of the contact pad 3, see Fig. 2, as it is one of the five most sensitive parts of the body (these are also the fingertips, tongue, lips and nose).

Kontaktní podložkou 3 může být například mechanická kontaktní podložka obsahující mechanické výstupky, které vysouvá nebo zasouvá, a tím působí na pokožku uživatele. Instrukce z vyhodnocovací jednotky 2 rozhodují o intenzitě tlaku každého z výstupků.The contact pad 3 can be, for example, a mechanical contact pad comprising mechanical protrusions which extend or retract and thereby act on the user's skin. The instructions from the evaluation unit 2 decide on the pressure intensity of each of the protrusions.

Kontaktní podložkou 3 může být rovněž tepelná kontaktní podložka určená k vytvoření odezvy ve formě tepla působícího na pokožku uživatele, na niž je umístěna, a to o intenzitě odpovídající příkazové instrukci dané vyhodnocovací jednotkou 2.The contact pad 3 can also be a thermal contact pad intended to produce a response in the form of heat acting on the skin of the user on which it is placed, with an intensity corresponding to the command instruction given by the evaluation unit 2.

Součástí mechatronické vizualizační pomůcky podle vynálezu je napájecí zdroj 4 pro napájení uvedených zařízení, jež může obsahovat alespoň jednu dobíječi lithiovou baterii. Je možno navíc použít i vnitřní lithiovou baterii pro překlenutí doby výměny hlavní napájecí baterie.The mechatronic visualization aid according to the invention comprises a power supply 4 for powering said devices, which may comprise at least one rechargeable lithium battery. In addition, an internal lithium battery can be used to bridge the main battery replacement time.

Součástí mechatronické vizualizační pomůcky podle vynálezu je ovladač 5 intenzity, sloužící k nastavení síly reakce kontaktní podložky 3 na příkazové instrukce vyhodnocovací jednotky 2. Uživatel tím může celkovou intenzitu snižovat nebo zvyšovat nebo přístroj úplně vypnout.A part of the mechatronic visualization aid according to the invention is an intensity control 5, used to set the reaction force of the contact pad 3 to the command instructions of the evaluation unit 2. The user can thereby reduce or increase the overall intensity or switch off the device completely.

Jeden nebo více z uvedených prvků mechatronické vizualizační pomůcky podle vynálezu může být součástí helmy 6 (například prostorový detektor 1 a/nebo kontaktní podložka 3), viz obr. 3 a 4. Takové uspořádání je výhodné pro to, aby byl prostorový detektor 1 synchronizován s polohou hlavy uživatele, jelikož natáčením hlavy do všech směrů dojede i ke stejnému natočení prostorového detektoru LOne or more of said elements of the mechatronic visualization aid according to the invention may be part of a helmet 6 (e.g. a space detector 1 and / or a contact pad 3), see Figs. 3 and 4. Such an arrangement is advantageous for the room detector 1 to be synchronized with the position of the user's head, since turning the head in all directions will result in the same rotation of the room detector L

Princip funkce mechatronické vizualizační pomůcky podle vynálezu je představen na obr. 5 a je následovný:The principle of operation of the mechatronic visualization aid according to the invention is presented in Fig. 5 and is as follows:

Prostorovým detektorem 1 vyslaný laserový puls, případně několik pulsů, se odrazí od překážky/objektu v jeho okolí a rychlostí světla se vrací zpět, přičemž je měřena doba jeho letu. Na základě doby letu je vypočtena vzdálenost překážky od detektoru L Takových měření může probíhat i několik set tisíc za vteřinu a v reálném čase. Výsledky měření poskytují 3D informace o objektech v okolí. Tyto informace si lze představit jako mračno bodů, přičemž každý bod má x, y, z pozici vůči středu detektoru 1.The laser pulse, or several pulses transmitted by the space detector 1, bounces off the obstacle / object in its vicinity and returns at the speed of light, while its flight time is measured. Based on the flight time, the distance of the obstacle from the detector L is calculated. Such measurements can take place several hundred thousand per second and in real time. The measurement results provide 3D information about objects in the vicinity. This information can be thought of as a point cloud, with each point having x, y, z positions relative to the center of detector 1.

Údaje o poloze všech naměřených bodů putují do vyhodnocovací jednotky 2, která je převede pomocí převodní tabulky na příkazové instrukce pro kontaktní podložku 3. V případě mechanické/tlakové kontaktní podložky odpovídá každý její tlakový bod poměrné skupině detekovaných bodů, viz obr. 6. Je tak určena síla tlaku jednotlivého bodu kontaktní podložky 3 na tělo uživatele nebo délka vysunutí daného výstupku.The position data of all measured points travel to the evaluation unit 2, which converts them using the conversion table to command instructions for the contact pad 3. In the case of a mechanical / pressure contact pad, each of its pressure points corresponds to a proportional group of detected points, see Fig. determined by the pressure force of the individual point of the contact pad 3 on the user's body or the length of the extension of the given protrusion.

CZ 2020 - 583 A3CZ 2020 - 583 A3

Výhodou mechatronické vizualizační pomůcky podle vynálezu je především schopnost pohybovat se v prostoru a vnímat své okolí s větší přesností, tj. ve větším rozlišení, a v reálném čase.The advantage of the mechatronic visualization aid according to the invention is above all the ability to move in space and perceive its surroundings with greater accuracy, i.e. in higher resolution, and in real time.

Claims

1. The mechatronic visualization aid shall comprise:

a room detector (1) data-connected to an evaluation unit (2) with evaluation software data-connected to a contact pad (3), and a power supply (4) for powering the room detector (1) and the contact pad (3), wherein:

the spatial detector (1) is designed to scan its surroundings and to detect objects / points in this surroundings, to find out information about the distance of detected objects from the spatial detector (1), their azimuth and vertical angle, and the evaluation software of the evaluation unit (2) is designed to evaluate information obtained from the spatial detector (1) about its surroundings and to create command instructions for the contact pad (3), the contact pad (3) is designed to be placed on the user's skin, to receive command instructions from the evaluation unit (2) and to create desired responses thereto, each pressure point of the contact pad (3) corresponding to a proportional group of points detected by the room detector (1), characterized in that the room detector (1) is a lidar detector, a room detector (1) and a contact pad (3). are synchronously oriented in the same direction, and the response intensity of the contact pad (3) corresponds to the distance of the detected points from the detector (1).

The mechatronic visualization aid according to claim 1, characterized in that it further comprises a command pad response intensity controller (5) (3) connected to the evaluation unit (2).

Mechatronic visualization aid according to one of Claims 1 or 2, characterized in that the evaluation unit (2) is an industrial computer.

Mechatronic visualization device according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the contact pad (3) is a mechanical contact pad comprising extendable / retractable projections intended to produce a pressure response to the user's skin on which it is placed, and this with the force corresponding to the command instruction of the evaluation unit (2).

Mechatronic visualization device according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the contact pad (3) is a thermal contact pad intended to produce a response in the form of heat to the user's skin on which it is placed. the instruction given by the evaluation unit (2).

-5EN 2020 - 583 A3

Mechatronic visualization aid according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the power supply (4) comprises at least one rechargeable lithium battery.

Mechatronic visualization aid according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the 5 contact pad (3) and / or the room detector (1) and / or the evaluation unit (2) are part of a helmet (6) intended for use on the user's head.