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Vorrichtung zur Orientierungshilfe für Blinde
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Orientierungshilfe für
Blinde, bestehend aus einem Ultraschall-Entfernungsmeßsystem (Ultraschall nachstehend
immer mit "US" bezeichnet), bei welchen von einem US-Sender US-Impulse ausgesendet
und noch Reflektion vom jeweiligen Hindernis von einer US-Empfangseinrichtung zur
Auswertung und Messung der Entfernung aufgenosuien und zur Auslösung von geeigneten
Signalen, insbesondere Vibrationssignalen, verwendet werden.
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Es ist bereits ein Blindenleitgerät bekanntgeworden, das nach dem
genannten Prinzip arbeitet, wobei von einem US-Sender US-Impulse ausgesendet werden,
um die Laufzeit zu einem Hindernis und wieder zurück zu messen. Entsprechend dieser
Laufzeit wird dann bei dem bekannten Gerät ein elektromagnetischer Schwinger stärker
oder schwächer angeregt, um durch die Stdrke der entsprechenden Vibration die Entfernung
zum Hindernis anzuzeigen.
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Bei dem vorbekannten Gerät ist ein einziger US-Wandler als Sender
und Empfänger vorgesehen, wobei der Empfänger während des Sendebetriebs und auch
noch kurze Zeit danach abgeschaltet ist. Wenn der Sender abgeschaltet ist, kann
ein vom Hindernis zurückgeworfenes Echo vom Wandler empfangen, von einem Eingangsverstärker
verstarkt und für die Entfernungsmessung verwendet werden. Nach Auswertung des Signals
wird durch den Impuls eine Spule erregt, die einen Permanentmagneten, der an einem
Vibrationsbügel angebracht ist, im Rhythmus abstößt und so eine Vibration auf dem
Bügel erzeugt. An der Stärke der Vibration kann dann der Blinde die Entfernung zum
Hindernis erfühlen.
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Dieses bekannte Gerät weist jedoch verschiedene Nachteile auf.
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Da das vorbekannte Gerät in einem Gehäuse untergebracht ist, welches
einer Taschenlampe ähnelt, wird dem Blinden durch die Handhabung des Gerätes eine
Hand "blockiert", was für ihn von Nachteil ist, wenn er bei Bewegungen auf seinen
Blindenstock nicht verzichten will.
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Außerdem kann bei dem vorbekannten Gerät ein gewisser Amplitudenausschlag
des Vibrationsbügels von der Hand des Blinden nicht
immer als gleich
stark" empfunden werden, wobei er je nach dem geistigen und körperlichen Zustand
eher die durch die Vibrationsstärke mitgeteilte Entfernung verschieden interpretieren
wird.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die dem
vorbekannten Gerät anhaftenden Nachteile zu vermeiden und eine Vorrichtung zur Orientierungshilfe
für Blinde der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welcher der Blinde auf den
gewohnten Blindenstock nicht verzichten nur und bei welcher die der Entfernung zum
Hindernis entsprechenden Signale eindeutig, unmißverständlich und leicht erlernbar
ertastbar sind.
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Ferner soll die Vorrichtung gemäß der Erfindung sowohl eine Groborientierung
und die Entfernungsbestimmung zu einem Hindernis im Raum, als auch ein Abtasten
der Hinderniskontur ermöglichen, um das Hindernis auch als Gegenstand zu erkennen.
.* Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird eine Vorrichtung zur Orientierungshilfe
für Blinde der eingangs genannten Art vorgeschlagen, welche dadurch gekennzeichnet
ist, daß das US-Entfernungsmeßsystem in einem Blindenstock, insbesondere im Griff
eines Blindenstockes, integriert ist.
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Gemäß einer besonderen Ausführungsform weist bei der Vorrichtung gemaß
der Erfindung das US-Entfernungsueßsystei zwei im vorderen Teil des Griffes bzw.
Stockschaftansatzes des Blindenstockes angeordnete, nach vorne gerichtete US-Wandler
auf, von denen der eine als US-Sender und gleichzeitig als US-Empfunger mit schcuol
Aufnahmewinkel und der andere nur als Empfänger mit breitem Aufnahmewinkel arbeitet,
der nach Bedarf über einen ii Griff vorgesehenen
Tastschalter zu-
und abschaltbar ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung
ist im Bereich des Griffes, vorzugsweise im Knickpunkt zum Stockschaft, ein mit
einem Finger zu betätigender schwenkbarer Hebel angeordnet, der auf der Achse eines
Potentiometers oder Stufenschalters sitzt und mit einer spür- und/ oder hörbaren
Rasteinrichtung zur Voreinstellung des Entfernungsbereiches versehen ist, innerhalb
dessen die Signaleinrichtung ausgelöst wird.
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Durch die Vorrichtung gemi der Erfindung werden mehrere Vorteile erzielt.
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Zunächst braucht der Blinde bei der Anwendung der Vorrichtung auf
seinen gewohnten Blindenstock nicht zu verzichten und hat daher eine Hand immer
zur freien Verfügung. Ferner wird durch den Einbau des US-Senders-Empfängers in
Verbindung mit einem darunter angeordneten zusätzlichen Ultraschall-Empfänger in
dem Griff eines üblichen Blindenstockes die Möglichkeit geschaffen, die vom US-Sender
ausgesendeten US-Impulse, die vom Hindernis reflektiert werden, einmal in dem US-Empfanger
mit großem Empfangsöffnungswinkel (Diagramm-Keule) als Grobinformation zu orten,
um dann nach Abschalten des Breitwinkelempfängers mittels eines vorzugsweise vom
Daumen betätigten Schalters unter Beibehaltung der Griffrichtung nun auf den zweiten
US-Empfänger mit kleinem Empfangswinkel umzuschalten, der mit einem, beispielsweise
durch einen Trichter gebündelten kleineren Öffnungswinkel die reflektierten US-Schallwellen
emfängt und die bekannte Entfernungsmessung durch Laufzeitermittlung
durchführt.
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Die ermittelte Entfernung wird dabei nicht unmittelbar an einen Vibrator
weitergegeben, sondern es wird zunächst ein Soll-Ist-Wertvergleich zwischen einer
Ausgangsspannung eines Drehpotentiometers, das Uber einen Hebel durch den Zeigefinger
des Blinden gedreht wird, und der entfernungsproportionalen Ausgangsspannung der
Meßelektronik durchgeführt. Die Vibrationssignale werden erst dann auf die Vibrationseinrichtung
gegeben, wenn die . mit einer deutlich spür- und/oder hörbaren und abzählbaren Rasterung
versehenen Hebelwelle vor Blinden durch Rasterung eingestellte Entfernung mit der
tatsächlich gemessenen Entfernung übereinstimmt. Anstelle des Drehpotentiometers
kann selbstverständlich auch ein Stufenschalter vorgesehen sein, der mit Festwiderständen
beschaltet ist, die den einzelnen Potentiometerstellungen entsprechen.
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Dadurch wird eine unverwechselbare und auch mehrfach abfragbare Entfernungsinforrnotion
ermöglicht, ohne daß dabei aufwendige Schaltungen für Frequenz- und/oder Amplitudenmodulation
notwendig werden.
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Außerdem wird durch die Einsparung einer komplizierten Auswerteelektronik
der Energiebedarf des Systems auf ein Minimum abgesenkt, so daß Kleinstbatterien
oder wiederaufladbere Akkumulatorzellen zur Stromversorgung verwendet werden können.
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Um die Vorrichtung leicht ein- und ausschalten zu können, ist ein
weiterer Tastschalter am hinteren Teil des Griffes angeordnet, der durch den kleinen
Finger des Blinden betdtigt werden
kann, ohne daß er dabei den
Stock aus dem Griff verliert.
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Zur einfachen und rationellen Fertigung und Montage ist der Griff
zweckmäßigerweise in zwei Halbschalen unterteilt, die aus Kunststoff hergestellt
werden können und in welchen die erforderlichen Leitungen bereits eingespritzt sind.
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Je nach Ausführung lassen sich die beiden Griffhalbschalen verschrauben
oder mit einer umlaufenden Schnappverschlußleiste versehen, so daß sie nach dem
Einlegen der Bauteile unlösbar und wasser- bzw. staubdicht zusammengefügt werden
können.
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Auf den Griffansatz kann der Schaft eines herkömmlichen Blindenstockes
aufgesteckt werden, oder der Griff kann auch auf einen Rohrzapfen, z.B. eines Blindenrollstuhls,
aufgesteckt werden.
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Es ist ferner möglich, in bestimmten Anwendungsföllen die Vibrationseinrichtung
durch eine akustische Signaleinrichtung zu ersetzen.
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Die Batterien bzw. Akkumulatoren können im Schaft des Stockes untergebracht
werden und über Leitungen bzw. Buchsen mit einem üblichen Ladegerät aufgeladen werden.
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Schließlich kann ein zweiter Vibrator im Stock oder Griff untergebracht
werden, mit dem der Ladezustand der Batterien abgefragt werden kann, d.h. mit dem
die Funktionsbereitschaft des Gerätes angezeigt wird.
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Anhand der Zeichnungen soll am Beispiel einer bevorzugten Ausführungsform
die erfindungsgemtiße Vorrichtung und eine hierfür mit Vorteil verwendbare Schaltungsanordnung
im Bloka schaltbild näher erläutert werden.
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In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Blindenstock
mit der Vorrichtung gemaß der Erfindung, Fig. 2 eine Frontansicht auf den Stock
geuß Fig. 1, Fig. 3 ein Blockschaltbild eines mit Vorteil anwendbaren US-Entfernungsmeßsystems
für die Vorrichtung g.iaß der Erfindung.
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Wie sich aus den Fig. 1 und 2 ergibt, besteht der Griff mit AnsatzstUck
aus zwei Halbschalen 1 und 2, die mit Öffnungen 3 und Kammern 4 versehen sind, die
zur Aufnahme der Funktionselemente des US-Entfernungsmeßsystems dienen. Die nach
vorne gerichtete kegelförmig erweiterte Öffnung 3 dient als Trichter 5, der an der
Vorderseite bei 6 etwas vorgezogen ist. Al hinteren Ende des Trichters 5 ist der
US-Wandler 7 angeordnet, der aus einem US-Sender und -Empfänger besteht und der
in Verbindung mit dem Trichter 5 einen schmalen Öffnungswinkel besitzt, so daß ein
enggebündeltes Richtdiagrom 8 von etwa 15° entsteht. Unterhalb des Trichters 5 und
hinter den vorstehenden Rond 6 ist im Griff ein US-Breitwinkelempfänger 9 angeordnet,
der ein Empfangsrichtdiagramm mit einem Richtkegel 10 von etwa 900 besitzt.
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Die wahlweise Zu schaltung des Breitwinkelempfängers 9 auf die noch
naher zu beschreibende Zentralelektronik 16 erfolgt durch den Tastschalter 11, der
vom Daumen des Blinden betätigt wird.
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Der empfangene Meßbereich wird durch das Potentiometer 12 verändert,
das über einen Hebel 13, vom Zeigefinger des Blinden betutigt,in einem Schwenkbereich
14 von etwa 45° durch eine gut spür- und/oder hörbare Rastereinrichtung 15 mit etwa
sieben entfernungsproportionalen Rastermarken verdreht werden kann.
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Das von den Empfängern 7 und 9 ausgehende Signal wird der Zentsalelektronik
16 zugeleitet, wo es ausgewertet und umgesetzt wird und bei erfaßtem Hindernis und
bei Ubereinstimmung der durch die Empfänger 7 und 9 gemessenen, mit der am Hebel
13 eingestellten Entfernung den Schwingungsgeber-, beispielsweise eine Vibrationseinheit
17, einschaltet.
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Die Stromversorgung des US-Entfernungsmeßsystems erfolgt über einen
Satz von Zellenbatterien 18, die auch aus wiederaufladbaren Akkumulatorzellen bestehen
können und die gedbenenfalls durch einen Schrumpfschlauch 19 zusammengehalten werden.
Diese Batterien sind im Batteriefach 20 des Ansatz- und Anschlußstückes 21 für den
Stockschaft untergebracht.
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Das Ein- und Ausschalten der Vorrichtung erfolgt über einen eigenen
Tastschalter 22, der am hinteren Griffende angebracht ist und vornehmlich vom kleinen
Finger des Blinden bedient wird. Im oberen Bereich des Anschlußstückes 21 befinden
sich Ladestrombuchsen 23 zur Aufladung der Batterien bzw. Akkumulatoren.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel werden die beiden Griffhalbachalen
1 und 2 durch Schrauben 24 zusammengehalten. Um eine Verdrahtung der einzelnen Bauteile
zu vermeiden, sind bei der Herstellung der Halbschalen die Leiterbahnen 25 mit den
Kontaktfedern 26 mit eingespritzt oder eingelegt.
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In Fig. 3 ist das Blockschaltbild einer bevorzugten Schaltungsanordnung
der Zentralelektronik 16 für die Vorrichtung gemaß der Erfindung dargestellt.
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In einem US-Generator mit ca. 40 kHz werden Ultraschallschwingungen
erzeugt, die mittels des Wiederholzeitgenerators 28 und des Sendezeitmonos 29 in
Impulspaketen von 40 kHz und 1 mS-Dauer bei 60 mS Pause ausgesendet werden. Die
Aussendung erfolgt über die Endstufe 30 und den bereits beschriebenen US-Wandler
7, der gleichzeitig als US-Sender und US-Empfonger mit schmalem Aufnahmewinkel dient.Durch
die Mbßschaltung 31 wird 1 ZS noch Beendigung der Sendezeit ein Fenster geöffnet
und durch die Meßschaltung 32 nach 0,5 - 20 mS wieder geschlossen. Die Einstellung
erfolgt hierbei über das bereits beschriebene Potentiometer 12, das mit dem Hebel
13 und der Rasteinrichtung 15 verbunden ist.
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Anstelle der Rasteinrichtung 15 und des Potentiometers 12 kann selbstverständlich
auch ein Stufenschalter vorgesehen sein, der mit Festwiderstönden entsprechend den
Potentiometerstellungen beschaltet ist.
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Durch die Einstellungen am Potentiometer 12 werden die entsprechenden
Entfernungsmarkierungen vorgeaerkt.
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Die Meßschaltung 32 ist mit einem Vergleicher 33 verbunden.
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Steht am Vergleicher 33 innerhalb des geöffneten Fensters ein Echosignal,
so geht nach Filterung durch die Störunterdrückungsschaltung 34 eine Anzeige vor
sich. Die Filterung ist erforderlich, um Störungen durch Schaltimpulse zu unterdrücken.
Eine Monoschaltung 35 vor dem Anzeigeausgang bewirkt, daß auch kurzzeitig erfaßte
Echos noch eine ausreichende Erkennung ermöglichen.
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Zur Trennung der empfangenen Echos vom etwa 150 Vss großen Sende-Signal
ist eine Anpassungs- und Begrenzungsstufe 36 erforderlich, wobei hierzu der zuvor
erwähnte US-Wandler 9 mit breitem Aufnahmewinkel über den Tastschalter 11 nur als
Empfänger zugeschaltet wird. Alle empfangenen Echos werden nach einer genügend großen
Verstärkung 37 im Gleichrichter und Komperator 38 gleichgerichtet und zu einem Vergleichssignal
geformt und dem Vergleicher 33 zugeführt.
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Mit der beschriebenen Schaltungsanordnung ist also nicht nur eine
Groborientierung über Hindernisse im Raum und ein genaues Abtasten der Hinderniskontur,
sondern auch eine Voreinçtellung des Entfernungsbereiches möglich, indem eine Anzeige
über die Entfernung zum Hindernis erfolgt.
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