Arduino搭載「サードアイ」：視覚障害者のための補助視覚デバイス

コンポーネントと用品

SparkFun Arduino Pro Mini 328 - 5V/16MHz	×	5
超音波センサー	×	5
ユニバーサル基板	×	5
振動モーター	×	5
ブザー	×	5
5mm赤色LED	×	5
スライドスイッチ	×	5
メスヘッダー 8ピン 1列 (2.54mm)	×	2
オスヘッダー 40ピン 1列 (2.54mm)	×	2
ジャンパーワイヤー（汎用）	×	4
モバイルバッテリー	×	1
ゴムバンドとステッカー（バンド型装着用）	×	1
3.7V LiPoバッテリー	×	1

必要な工具と機械

• はんだごて（汎用）
• グルーガン（汎用）

アプリとオンラインサービス

• Arduino IDE

このプロジェクトについて

• 視覚障害者向け初のウェアラブルテクノロジー
• 超音波で障害物を検知
• 振動/ブザー音でユーザーに通知

視覚障害者のための「サードアイ（第三の目）」は、超音波を使って近くの障害物を検知し、ブザー音や振動で知らせることで、視覚障害者が速さと自信を持ってナビゲートできるようにする革新的なデバイスです。バンドや衣服のように着用するだけで使えます。

WHOによると、世界中で約3,900万人が盲目と推定されています。彼らは日常生活で多くの困難を抱えています。従来は白杖が使われてきましたが、効果的である一方で多くの欠点があります。もう一つの方法は盲導犬ですが、非常に高価です。このプロジェクトの目的は、視覚障害者がより快適に、速く、自信を持ってナビゲートできる、安価でより効率的な方法を開発することです。

ステップ1：既存システム

• 白杖
• 盲導犬
• スマートデバイス（例：視覚障害者向けトーチ「Vision」など）

既存システムの問題点

• 白杖 - 簡単に割れる/壊れる、舗装のひびや様々な物体に杖が引っかかる
• 盲導犬 - 巨大なコスト（約42,000ドル / 280万ルピー）
• 共通の欠点（スマートデバイス含む） - 持ち運びが容易でない、使いこなすのに多くの訓練が必要

「サードアイ」の特徴： このデバイスを着用すれば、白杖やその他のデバイスを完全に不要にできます。棒を持つ必要がなくなり（これは彼らにとって少し煩わしい）、バンドや衣服のように着用するだけで非常に正確に機能し、使い方の訓練はごくわずかで済みます。

ステップ2：プロジェクトの全容

Arduinoボードベースの特別なウェアラブルデバイスを設計しました。これは衣服のように着用できます。5つの超音波センサーを搭載し、5つのモジュールで構成され、体の異なる部位に取り付けます。そのうち2つは両肩、2つは両膝、1つは手に取り付けます。5つの超音波センサーを使うことで、視覚障害者は周囲を5方向から検知でき、どこへでも容易に移動できます。超音波センサーが障害物を検知すると、デバイスは振動とビープ音でユーザーに通知します。振動の強さとビープ音の頻度は距離が近くなるほど増大し、完全に自動化されています。

機能改善案：

プロジェクト全体をジャケットの形にすれば、デバイスを一つずつ装着する必要がなくなります。 特別に設計されたボードをArduino代わりに使い、高品質な超音波センサーを用いれば、より高速な応答が可能になり、混雑した場所でも機能するようになります。

ステップ3：視覚障害者の協力でテスト成功

詳細は、学校の科学教師によるFacebook投稿をご覧ください。

この革新で受賞した賞：

• PPTイノベーションアワード 1位
• 州レベル科学フェア 2位（ケララ州政府主催）

ステップ4：プロトタイピング - 使用パーツ

材料

• Arduino Pro Mini × 5
• 超音波センサー × 5
• ユニバーサル基板 × 5
• 振動モーター × 5
• ブザー × 5
• 赤色LED × 5
• スイッチ × 5
• オス/メスヘッダーピン
• ジャンパーケーブル × 4
• モバイルバッテリー × 1
• 3.3V旧携帯電話バッテリー × 1
• ゴムバンドとステッカー（バンド型装着用）

ステップ5：回路図

配線手順

• LED、ブザー、振動モーターのGNDをArduinoのGNDに接続
• LEDの+極とスイッチの中央足をArduinoピン5に接続
• ブザーの+極をスイッチの第1足に接続
• 振動モーターの+極をスイッチの第3足に接続
• 超音波センサー
• 超音波センサー VCC - Arduino VCC
• 超音波センサー GND - Arduino GND
• 超音波センサー Trig - Arduinoピン12
• 超音波センサー Echo - Arduinoピン12

ここで使っているスイッチはモード選択用です（ブザーモードか振動モード）。

図2 - モジュールへの給電 - 4つのArduino Pro MiniをUSBオスピンに接続し、モバイルバッテリーに繋ぐ。手首用モジュールには小型リチウム電池を使用。

ステップ6：モジュールの製作

• まずユニバーサル基板を5×3cmにカットし、Arduino用のメスヘッダーを基板にはんだ付け
• ブザーをはんだ付け
• グルーガンで振動モーターを固定し、配線をはんだ付け
• LEDを接続
• スイッチを接続
• 超音波センサー用と電池入力用のオスヘッダーピンを接続
• 回路図通りにはんだ付け
• Arduinoと超音波センサーを基板に接続

ゴムバンドをすべてのモジュールに取り付けます。

あと3つのモジュールも上記と同じ要領で作りますが、手首用の最後のモジュールだけ少し違います。次のステップを見てから作ってください。

ステップ7：コード + 手首用モジュールの製作

• 超音波センサーを4本のジャンパーケーブルで基板に接続
• 3.7V携帯電話用バッテリーをこのモジュールに接続
• 図のようにゴムバンドを取り付け

最後に各Arduinoボードにコードをアップロードし、他の4モジュールをモバイルバッテリーで給電します。

Arduinoで使用したコード：

//VISIT : www.robotechmaker.com
const int pingTrigPin = 12; //Trigger connected to PIN 12
const int pingEchoPin = 10; //Echo connected to PIN 10
int buz=5; //Buzzer to PIN 5

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(buz, OUTPUT);
}

void loop() {
  long duration, cm;
  pinMode(pingTrigPin, OUTPUT);
  digitalWrite(pingTrigPin, LOW);
  delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(pingTrigPin, HIGH);
  delayMicroseconds(5);
  digitalWrite(pingTrigPin, LOW);
  pinMode(pingEchoPin, INPUT);
  duration = pulseIn(pingEchoPin, HIGH);
  cm = microsecondsToCentimeters(duration);
  if(cm<=50 && cm>0) {
    int d= map(cm, 1, 100, 20, 2000);
    digitalWrite(buz, HIGH);
    delay(100);
    digitalWrite(buz, LOW);
    delay(d);
  }
  Serial.print(cm);
  Serial.print("cm");
  Serial.println();
  delay(100);
}

long microsecondsToCentimeters(long microseconds) {
  return microseconds / 29 / 2;
}

Third_eye_for_blinds.ino

コード

Arduinoで使用したコード

//VISIT : www.robotechmaker.com
const int pingTrigPin = 12; //Trigger connected to PIN 12
const int pingEchoPin = 10; //Echo connected to PIN 10
int buz=5; //Buzzer to PIN 5

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(buz, OUTPUT);
}

void loop() {
  long duration, cm;
  pinMode(pingTrigPin, OUTPUT);
  digitalWrite(pingTrigPin, LOW);
  delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(pingTrigPin, HIGH);
  delayMicroseconds(5);
  digitalWrite(pingTrigPin, LOW);
  pinMode(pingEchoPin, INPUT);
  duration = pulseIn(pingEchoPin, HIGH);
  cm = microsecondsToCentimeters(duration);
  if(cm<=50 && cm>0) {
    int d= map(cm, 1, 100, 20, 2000);
    digitalWrite(buz, HIGH);
    delay(100);
    digitalWrite(buz, LOW);
    delay(d);
  }
  Serial.print(cm);
  Serial.println("cm");
  delay(100);
}

long microsecondsToCentimeters(long microseconds) {
  return microseconds / 29 / 2;
}

回路図