Arduo
Arduo es un proyecto surgido al comienzo de 2014, somos alumnos de 5º Año de la modalidad Informática del Instituto Privado Fray Luis Beltran, en San Nicolas de los Arroyos.
Con la implementación de tecnología de código abierto (Arduino ONE) se buscara dotar a personas no videntes de la facilidad necesaria para desenvolverse de manera más simple en un contexto real.
Para ello se diseñara y creara un dispositivo que sea capaz de reconocer y analizar el entorno que rodea a la persona entregándole a la misma, información sensorial que le indique como moverse evitando obstáculos.
Nos planteamos como objetivos a cumplir en ciclo lectivo:
Crear una tecnología bajo licencia libre que pueda ser impresa por cualquiera que tenga la necesidad con bajos costos, para ello esperamos:
•Crear anteojos con capacidad de análisis y respuesta en tiempo real de acuerdo a obstáculos.
•Lograr la mayor autonomía de batería posible.
•Reducir el tamaño de implementación a lo mínimo posible para no incomodar al usuario.
•Conseguir un alcance global a través de internet.
Pero lo mas importante para nosotros es poder diseñar un producto de licencia libre, sin ánimos de lucrar, que nos sirva tanto para ayudar a personas con discapacidades como a nuestro aprendizaje.
Tras analizar la alternativa de trabajar sobre el bastón blanco, nos encontramos con incapacidades de movimientos y respuestas, tras pensar en otras alternativas que se coloquen sobre la vestimenta, llegamos a la conclusión que la mayoría de las personas no videntes utilizan anteojos negros, brindándonos una buena plataforma para comenzar a trabajar.
Este fue el primer prototipo diseñado en SolidWorks. Fue el boceto para comenzar, a lo largo del proyecto se fue modificando muchisimo
Nosotros somos alumnos de Informática y la parte electrónica que vemos es muy acotada, afortunadamente Arduino y los módulos de ultrasonido están muy documentados, por lo que nos enfocamos sobre todo en la programación.
Para ello optamos por crear una pequeña inteligencia artificial y emularla en android utilizando una herramienta muy conocida para nosotros, AppInventor. Luego de muchas pruebas conseguimos un rango de efectividad en reconocimiento y respuesta del 83% superando nuestra meta del 75%.
Los modelos de los anteojos fueron íntegramente diseñados por nosotros para luego ser creados por la impresora 3D de la institución, como ven fueron mutando hasta llegar a la ultima versión que todavía no ha sido impresa.
Diseño del segundo prototipo de Arduo
Impresión del gabinete que contendrá la circuiteria
Primera impresión de la base para los sensores, respetando una inclinación de 15º en cada lado para así aprovechar al máximo el sensor
Primer gabinete, con algunas fallas de diseño
Prototipo final de Arduo, algo incomodo, listo para rediseñar
Electrónica
¿Qué es Arduino?
Arduino es una herramienta para hacer que los ordenadores puedan sentir y controlar el mundo físico a través de la computadora personal. Es una plataforma de desarrollo de computación física (physical computing) de código abierto, basada en una placa con un sencillo microcontrolador y un entorno de desarrollo para crear software (programas) para la placa.
Arduino puede ser usada para crear objetos interactivos, leyendo datos de una gran variedad de interruptores y sensores y controlar multitud de tipos de luces, motores y otros actuadores físicos. Los proyectos de Arduino pueden ser autónomos o comunicarse con un programa (software) que se ejecute en la computadora (ej. Flash, Processing, MaxMSP). La placa puede ser montada o comprarla ya lista para usar, y el software de desarrollo es abierto y puede ser descargada gratis.
El lenguaje de programación de Arduino es una implementación de Wiring, una plataforma de computación física parecida, que a su vez se basa en Processing, un entorno de programación multimedia.
¿Por qué Arduino?
Hay muchos otros microcontroladores y plataformas con microcontroladores disponibles para la computación física. Parallax Basic Stamp, BX-24 de Netmedia, Phidgets, Handyboard del MIT, y muchos otros ofrecen funcionalidades similares. Todas estas herramientas organizan el complicado trabajo de programar un microcontrolador en paquetes fáciles de usar. Arduino, además de simplificar el proceso de trabajar con microcontroladores, ofrece algunas ventajas respecto a otros sistemas a profesores, estudiantes y amateurs:
•Asequible - Las placas Arduino son más asequibles comparadas con otras plataformas de microcontroladores. La versión más cara de un módulo de Arduino puede ser montada a mano o comprada por un bajo precio.
•Multi-Plataforma - El software de Arduino funciona en los sistemas operativos Windows, Macintosh OSX y Linux. La mayoría de los entornos para microcontroladores están limitados a Windows.
•Entorno de programación simple y directo - El entorno de programación de Arduino es fácil de usar para principiantes y lo suficientemente flexible para los usuarios avanzados. Pensando en los profesores, Arduino está basado en el entorno de programación de Procesing con lo que el estudiante que aprenda a programar en este entorno se sentirá familiarizado con el entorno de desarrollo Arduino.
•Software ampliable y de código abierto- El software Arduino está publicado bajo una licencia libre y preparado para ser ampliado por programadores experimentados. El lenguaje puede ampliarse a través de librerías de C++, y si se está interesado en profundizar en los detalles técnicos, se puede dar el salto a la programación en el lenguaje AVR C en el que está basado. De igual modo se puede añadir directamente código en AVR C en tus programas si así lo deseas.
•Hardware ampliable y de Código abierto - Arduino está basado en los microcontroladores ATMEGA168, ATMEGA328 y ATMEGA1280. Los planos de los módulos están publicados bajo licencia Creative Commons, por lo que diseñadores de circuitos con experiencia pueden hacer su propia versión del módulo, ampliándolo u optimizándolo. Incluso usuarios relativamente inexpertos pueden construir la versión para placa de desarrollo para entender cómo funciona y ahorrar algo de dinero.
Sensor Ultrasónico HC-SR04
Caracteristicas
El módulo HC-SR04 tiene la capacidad de medir distancias de entre 2cm hasta 400cm sin contacto, la precisión puede llegar a 3mm. Los módulos incluye un transmisor ultrasónico, un receptor y un circuito de control. El principio básico de las mediciones:
•El uso de IO desencadenante de al menos 10us señal de alto nivel,
•El módulo envía automáticamente ocho señales de 40 kHz y detecta si hay una señal de vuelta del pulso.
•Al recibir una respuesta del pulso enviado se calcula la distancia a través de la siguiente fórmula:
Distancia = (tiempo de respuesta × velocidad del sonido (los 340M / S) / 2,
Conexiones del sensor:
•Alimentación de 5V
•Entrada de pulsos de disparos
•Salida de pulso de eco
•Masa 0V
Como dijimos antes, no teníamos demasiado que hacer electronicamente mas que conectar los sensores a la placa. La idea básica es, cuando los sensores frontales detectan algo que este a menos de 120cm, se lo comunican a la persona a través de sonido o vibración del lado hacia donde tiene que desplazarse...
Fácil, no? Bueno, en realidad no es tan fácil, cuando se detecta algo con los sensores frontales, entran en funcionamiento los dos sensores laterales, para así saber en que vereda se esta caminando y no guiar al no vidente hacia la calle y un posible accidente.
Ademas, los sensores tienen una amplitud de 30 grados, osea, si en el triangulo de reconocimiento se encuentra la pared lateral, se convierte en obstáculo? No, usando un sensor lateral y uno frontal, podemos filtrar esa señal con cálculos trigonométricos.
Y si ambos sensores detectan obstáculos?
Bueno, teniendo en cuenta la distancia que se tiene contra la pared, se hace mover a la persona aleatoriamente hasta que solo uno detecte obstáculo y así tomar una decisión correcta.
Como ven, es mucha programación y poca electronica...
Algunas fotos de las pruebas
Repercusiones
Nota por una revista de nuestra ciudad
http://visionempresaria.com.ar/wp/?p=3576
Nota radial
https://soundcloud.com/paulojawo/grabacion-radio-utn
Como ven, estamos lejos de terminar, ya que este proyecto puede crecer y mejorarse.
AYÚDANOS A DIFUNDIR
Como dijimos antes, Arduo es de licencia libre, y queremos que sea lo mas abarcativo socialmente posible, al finalizar el proyecto, tanto la programación, el conexionado como los modelos 3D, serán liberados.
Por favor ayúdanos a que este proyecto se conozca en todas partes.
Arduo es un proyecto surgido al comienzo de 2014, somos alumnos de 5º Año de la modalidad Informática del Instituto Privado Fray Luis Beltran, en San Nicolas de los Arroyos.
Con la implementación de tecnología de código abierto (Arduino ONE) se buscara dotar a personas no videntes de la facilidad necesaria para desenvolverse de manera más simple en un contexto real.
Para ello se diseñara y creara un dispositivo que sea capaz de reconocer y analizar el entorno que rodea a la persona entregándole a la misma, información sensorial que le indique como moverse evitando obstáculos.
Nos planteamos como objetivos a cumplir en ciclo lectivo:
Crear una tecnología bajo licencia libre que pueda ser impresa por cualquiera que tenga la necesidad con bajos costos, para ello esperamos:
•Crear anteojos con capacidad de análisis y respuesta en tiempo real de acuerdo a obstáculos.
•Lograr la mayor autonomía de batería posible.
•Reducir el tamaño de implementación a lo mínimo posible para no incomodar al usuario.
•Conseguir un alcance global a través de internet.
Pero lo mas importante para nosotros es poder diseñar un producto de licencia libre, sin ánimos de lucrar, que nos sirva tanto para ayudar a personas con discapacidades como a nuestro aprendizaje.
Tras analizar la alternativa de trabajar sobre el bastón blanco, nos encontramos con incapacidades de movimientos y respuestas, tras pensar en otras alternativas que se coloquen sobre la vestimenta, llegamos a la conclusión que la mayoría de las personas no videntes utilizan anteojos negros, brindándonos una buena plataforma para comenzar a trabajar.
Este fue el primer prototipo diseñado en SolidWorks. Fue el boceto para comenzar, a lo largo del proyecto se fue modificando muchisimo
Nosotros somos alumnos de Informática y la parte electrónica que vemos es muy acotada, afortunadamente Arduino y los módulos de ultrasonido están muy documentados, por lo que nos enfocamos sobre todo en la programación.
Para ello optamos por crear una pequeña inteligencia artificial y emularla en android utilizando una herramienta muy conocida para nosotros, AppInventor. Luego de muchas pruebas conseguimos un rango de efectividad en reconocimiento y respuesta del 83% superando nuestra meta del 75%.
Los modelos de los anteojos fueron íntegramente diseñados por nosotros para luego ser creados por la impresora 3D de la institución, como ven fueron mutando hasta llegar a la ultima versión que todavía no ha sido impresa.
Diseño del segundo prototipo de Arduo
Impresión del gabinete que contendrá la circuiteria
Primera impresión de la base para los sensores, respetando una inclinación de 15º en cada lado para así aprovechar al máximo el sensor
Primer gabinete, con algunas fallas de diseño
Prototipo final de Arduo, algo incomodo, listo para rediseñar
Electrónica
¿Qué es Arduino?
Arduino es una herramienta para hacer que los ordenadores puedan sentir y controlar el mundo físico a través de la computadora personal. Es una plataforma de desarrollo de computación física (physical computing) de código abierto, basada en una placa con un sencillo microcontrolador y un entorno de desarrollo para crear software (programas) para la placa.
Arduino puede ser usada para crear objetos interactivos, leyendo datos de una gran variedad de interruptores y sensores y controlar multitud de tipos de luces, motores y otros actuadores físicos. Los proyectos de Arduino pueden ser autónomos o comunicarse con un programa (software) que se ejecute en la computadora (ej. Flash, Processing, MaxMSP). La placa puede ser montada o comprarla ya lista para usar, y el software de desarrollo es abierto y puede ser descargada gratis.
El lenguaje de programación de Arduino es una implementación de Wiring, una plataforma de computación física parecida, que a su vez se basa en Processing, un entorno de programación multimedia.
¿Por qué Arduino?
Hay muchos otros microcontroladores y plataformas con microcontroladores disponibles para la computación física. Parallax Basic Stamp, BX-24 de Netmedia, Phidgets, Handyboard del MIT, y muchos otros ofrecen funcionalidades similares. Todas estas herramientas organizan el complicado trabajo de programar un microcontrolador en paquetes fáciles de usar. Arduino, además de simplificar el proceso de trabajar con microcontroladores, ofrece algunas ventajas respecto a otros sistemas a profesores, estudiantes y amateurs:
•Asequible - Las placas Arduino son más asequibles comparadas con otras plataformas de microcontroladores. La versión más cara de un módulo de Arduino puede ser montada a mano o comprada por un bajo precio.
•Multi-Plataforma - El software de Arduino funciona en los sistemas operativos Windows, Macintosh OSX y Linux. La mayoría de los entornos para microcontroladores están limitados a Windows.
•Entorno de programación simple y directo - El entorno de programación de Arduino es fácil de usar para principiantes y lo suficientemente flexible para los usuarios avanzados. Pensando en los profesores, Arduino está basado en el entorno de programación de Procesing con lo que el estudiante que aprenda a programar en este entorno se sentirá familiarizado con el entorno de desarrollo Arduino.
•Software ampliable y de código abierto- El software Arduino está publicado bajo una licencia libre y preparado para ser ampliado por programadores experimentados. El lenguaje puede ampliarse a través de librerías de C++, y si se está interesado en profundizar en los detalles técnicos, se puede dar el salto a la programación en el lenguaje AVR C en el que está basado. De igual modo se puede añadir directamente código en AVR C en tus programas si así lo deseas.
•Hardware ampliable y de Código abierto - Arduino está basado en los microcontroladores ATMEGA168, ATMEGA328 y ATMEGA1280. Los planos de los módulos están publicados bajo licencia Creative Commons, por lo que diseñadores de circuitos con experiencia pueden hacer su propia versión del módulo, ampliándolo u optimizándolo. Incluso usuarios relativamente inexpertos pueden construir la versión para placa de desarrollo para entender cómo funciona y ahorrar algo de dinero.
Sensor Ultrasónico HC-SR04
Caracteristicas
El módulo HC-SR04 tiene la capacidad de medir distancias de entre 2cm hasta 400cm sin contacto, la precisión puede llegar a 3mm. Los módulos incluye un transmisor ultrasónico, un receptor y un circuito de control. El principio básico de las mediciones:
•El uso de IO desencadenante de al menos 10us señal de alto nivel,
•El módulo envía automáticamente ocho señales de 40 kHz y detecta si hay una señal de vuelta del pulso.
•Al recibir una respuesta del pulso enviado se calcula la distancia a través de la siguiente fórmula:
Distancia = (tiempo de respuesta × velocidad del sonido (los 340M / S) / 2,
Conexiones del sensor:
•Alimentación de 5V
•Entrada de pulsos de disparos
•Salida de pulso de eco
•Masa 0V
Como dijimos antes, no teníamos demasiado que hacer electronicamente mas que conectar los sensores a la placa. La idea básica es, cuando los sensores frontales detectan algo que este a menos de 120cm, se lo comunican a la persona a través de sonido o vibración del lado hacia donde tiene que desplazarse...
Fácil, no? Bueno, en realidad no es tan fácil, cuando se detecta algo con los sensores frontales, entran en funcionamiento los dos sensores laterales, para así saber en que vereda se esta caminando y no guiar al no vidente hacia la calle y un posible accidente.
Ademas, los sensores tienen una amplitud de 30 grados, osea, si en el triangulo de reconocimiento se encuentra la pared lateral, se convierte en obstáculo? No, usando un sensor lateral y uno frontal, podemos filtrar esa señal con cálculos trigonométricos.
Y si ambos sensores detectan obstáculos?
Bueno, teniendo en cuenta la distancia que se tiene contra la pared, se hace mover a la persona aleatoriamente hasta que solo uno detecte obstáculo y así tomar una decisión correcta.
Como ven, es mucha programación y poca electronica...
Algunas fotos de las pruebas
Repercusiones
Nota por una revista de nuestra ciudad
http://visionempresaria.com.ar/wp/?p=3576
Nota radial
https://soundcloud.com/paulojawo/grabacion-radio-utn
Como ven, estamos lejos de terminar, ya que este proyecto puede crecer y mejorarse.
AYÚDANOS A DIFUNDIR
Como dijimos antes, Arduo es de licencia libre, y queremos que sea lo mas abarcativo socialmente posible, al finalizar el proyecto, tanto la programación, el conexionado como los modelos 3D, serán liberados.
Por favor ayúdanos a que este proyecto se conozca en todas partes.