El actual proyecto va encaminado en mostrar un ejemplo de aplicación de la electrónica para la creación de un bastón que será utilizado por personas con discapacidad visual. Una herramienta tecnológica que sin duda garantiza una segura y amplia movilidad del usuario además de mejorar su calidad de vida. Esta se encuentra integrada por un módulo de control mediante el cual se lleva a cabo un conjunto de tareas tales como: la detección de obstáculos (de la mano con la emisión de zumbidos), el monitoreo general (geolocalización por teléfono celular) y la difusión de alertas anti pánico (SOS) . Pues en definitiva, ¿a quién no le parecería buena idea la difusión de avisos al teléfono celular de algún tutor, familiar (o dependencia) a cargo del invidente. Lo anterior, tras un accidente o percance importante?.
Para probar los beneficios que proporciona esta herramienta se efectuó un estudio donde se analizaron las experiencias de entrenamiento y de consumo de dos participantes adultos con discapacidad visual. El análisis estadístico permitió registrar la satisfacción de los usuarios ante las características físicas y los beneficios ofrecidos por el prototipo (que aparte de todo es plegable, y ligero). Observándose así la asociación entre los sonidos y los diferentes mensajes emitidos (diversos obstáculos realizados tanto a pequeñas y grandes distancias).
Para la creación del módulo de control se utilizará una placa Arduino (recurso de hardware muy utilizado en el diseño de prototipos y/o proyectos electrónicos),además de un conjunto de componentes electrónicos auxiliares para el diseño del circuito.
De acuerdo con la World Health Organization, a nivel mundial las principales causas de la discapacidad visual y la ceguera son errores de refracción, cataratas, retinopatía diabética, glaucoma y degeneración macular relacionada con la edad. Las situaciones a las que se puede exponer una persona con discapacidad visual van desde dificultad para percibir o identificar a otras personas, animales u objetos hasta accidentes viales. Los cuales pudieran repercutir en la integridad de la persona con discapacidad visual.
Antecedentes
1.0 El bastón tradicional para personas con discapacidad visual
El bastón guía es un instrumento de orientación y movilidad para las personas con discapacidad visual. Les permite detectar y esquivar obstáculos generalmente.
Este tipo de bastón se creó con tres características básicas: Ser distintivo: para que los demás puedan diferenciar a la persona con una patología ocular de una persona sin patología. Originalmente existen diferentes tipos de bastón guía. Ver Figura 1. Estos son:
Figura 1: Tipos de bastones para personas con discapacidad visual.
En la presente documentación, se abordará a más detalle el bastón blanco.
2.0 Día Internacional del bastón blanco
Todos los años el 15 de Octubre se celebra el Día Internacional del bastón blanco, este día busca dar importancia al esfuerzo por lograr que las personas con discapacidad visual puedan lograr la completa inclusión en la sociedad y es una oportunidad de incrementar la conciencia en seguridad vial sobre el uso del bastón blanco.
Este bastón es considerado el emblema de la independencia personal para personas con discapacidad visual.
3.0 Estructura de un bastón blanco
Las características de diseño básicas de un bastón blanco son: distintivo, protección e información. Estos suelen tener una empuñadura de goma (con correa sujetadora) y en la parte inferior una puntilla metálica rodante (contera giratoria). Estas características sirven para tener un fácil manejo de rastreo y detección de los obstáculos que se encuentren al ras del suelo.
El tamaño del bastón blanco debe llegar a la altura del esternón, y la medida varía de acuerdo a la estatura. Hay bastones de 1.05, 1.10, 1.15 y 1.20 metros.
Actualmente muchos bastones suelen ser plegables, es decir que, se pueden seccionar en diferentes partes de proporciones similares. Pues con estas características, se garantiza tanto la ergonomía como la optimización de espacio (sobre todo al momento de guardarlo). Ver Figura 2.
Figura 2: Vista de un bastón blanco plegable.
Los materiales con los que se encuentran fabricados van desde el uso de poliuretano para la empuñadura, hierro para las uniones, y aluminio para la caña plegable.
4.0 Código del bastón blanco
Este código consiste en una guía para aprender a identificar el lenguaje de la persona con discapacidad visual al momento de utilizar un bastón blanco. En la siguiente figura (Figura 3), se aprecia dicho código.
Figura 3: Aprendiendo a identificar la acción de la persona con discapacidad visual.
5.0 Bastones electrónicos para personas con discapacidad visual
Actualmente existe una gran variedad de bastones electrónicos en el mercado. Modelos que van desde una simple integración electrónica que incluye: sensores ultrasónicos (detectores de distancia), leds (indicadores de actividad) y buzzers (mini bocinas integradas); hasta bastones electrónicos inteligentes que se conectan a las aplicaciones de un SmartPhone, proporcionando así tanto seguridad tridimensional en la movilidad para la persona con discapacidad visual, como la garantía de un mejor y fácil manejo. Sin dejar a un lado su bajo costo.
Figura 4: we WALK: el bastón para invidentes equipado con Google Maps.
6.0 Diseño de un bastón electrónico utilizando la plataforma Arduino
Una alternativa bastante interesante, además de ser llamativa, simple de utilizar y bastante escalable para el desarrollo de proyectos electrónicos, es sin duda la plataforma Arduino.
La plataforma Arduino
Arduino es una plataforma de hardware y software libre que permite crear prototipos y proyectos de electrónica, robótica, control e incluso de Inteligencia Artificial. Dicha plataforma tiene su propio sitio Web, desde el cual se puede descargar software, código fuente, esquemas e interesantes recursos para el desarrollo de este tipo de proyectos. Ver Figura 5.
Figura 5: www.arduinio.cc es el nombre de la página del sitio oficial de la plataforma Arduino.
Tarjetas de desarrollo
La plataforma Arduino (adicional a los recursos antes mencionados), ha puesto a disposición de los usuarios las ya conocidas placas de desarrollo. Algunos ejemplos son: Arduino Mega, Arduino Mini Pro, Arduino Nano y Arduino UNO. Siendo estas dos últimas las que se utilizarán en el presente proyecto. Ver la Figura 6.
Figura 6: Vista de la placa Arduino UNO (a la izquierda) y la placa Arduino Nano a la derecha.
Características de la placa Arduino UNO y Arduino Nano
La placa Arduino UNO consiste en una tarjeta electrónica basada en el microcontrolador ATmega328P. Cuenta con 14 pines digitales de entrada / salida (de los cuales 6 se podrán utilizar como salidas PWM), 6 entradas analógicas, un cristal de cuarzo de 16MHz, una conexión USB, un conector de alimentación, una interfaz ICSP y un botón de reinicio. Contiene todo lo necesario para apoyar el microcontrolador, por lo que solo basta con conectarlo a una computadora con cable USB.
La placa Arduino Nano es una placa de menor tamaño en comparación con Arduino UNO. Por lo que permite un rápido prototipado sobre una protoboard. De igual modo, se basa en el Microcontrolador: ATMega328P. Cuenta con 14 pines digitales de entrada / salida (de los cuales 6 se podrán utilizar como salidas PWM), tiene un cristal de cuarzo de 16MHz. Esta placa cuenta con 8 entradas analógicas (en vez de 6, como es el caso de Arduino UNO) y, además integra un puerto serie por hardware.
Módulos y componentes electrónicos compatibles con placas Arduino para el desarrollo de un bastón blanco
Actualmente existe una gran variedad de módulos (llamados también shields) y componentes electrónicos compatibles con las diferentes placas Arduino del mercado.
Un sensor ultrasónico tiene diferentes funcionalidades, aunque para proyectos como bastones para personas con discapacidad visual, se utilizará con el fin de calcular distancias entre el bastón y un obstáculo cualquiera. Para conocer la apariencia de un sensor ultrasónico, observe la Figura 7. El sensor HC-SR04 es un módulo que incorpora un par de transductores de ultrasonido que se utilizan de manera conjunta para determinar la distancia del sensor entre dos objetos. La interfaz digital se logra mediante 2 pines digitales: el pin de trigger (disparo) y echo (eco). El primero recibe un pulso de habilitación de parte del microcontrolador, mediante el cual se le indica al módulo que comience a realizar la medición de distancia. A través de un segundo pin (echo) el sensor “muestra” al microcontrolador un pulso cuyo ancho es proporcional al tiempo que tarda el sonido en viajar del transductor al obstáculo y luego de vuelta al módulo.
Figura 7: Vista de un sensor ultrasónico compatible con Arduino.
El buzzer o zumbador es un transductor electroacústico que produce un sonido o zumbido continuo o intermitente. Ver Figura 8. El dispositivo tiene la función de alertar si la persona con discapacidad visual se encuentra cerca de algún objeto u obstáculo y, dependiendo de la distancia será la frecuencia del zumbido.
Figura 8. Buzzer de módulo de Arduino para alarma de bastón blanco.
El término GPS significa sistema de posicionamiento global, y utiliza una constelación de entre 24 y 32 satélites de la órbita terrestre que transmiten señales de radio precisas, que permiten a los receptores de GPS determinar su ubicación actual, el tiempo y su velocidad. Ver Figura 9.
La finalidad de uso de este módulo es precisamente, determinar la ubicación de la persona con discapacidad visual desde un dispositivo móvil. Pues la seguridad en este sentido es vital.
Figura 9. Vista de un sistema de rastreo GPS.
Como fuente de alimentación necesaria para energizar el módulo de control, se emplea una pila recargable USB de 9 Voltios DE 400 mAh.
Esta batería es ideal para alimentar tanto a placa Arduino como al resto de los elementos del circuito.Ver Figura 10.
Figura 10. Batería empleada para alimentar el módulo de control del bastón blanco.
En conclusión, el presente bastón blanco electrónico se integra de diversos elementos (Ver Figura 11) que lo hacen una herramienta ideal para personas con discapacidad visual en muchos aspectos tales como: comodidad, seguridad y mejor calidad de vida.
Figura 11. Vista de los elementos que integran el bastón blanco electrónico.
Dar a conocer la forma de crear un bastón electrónico para personas con discapacidad visual.
Justificación
El interés de este tema surge porque un día, platicando con mi papá, decidimos plantear un proyecto, el cual se orienta a ayudar a las personas con discapacidad visual.
Si un bastón electrónico es más eficaz para la persona con discapacidad visual entonces podemos sustituir el uso de un bastón tradicional.
El método propuesto para el presente proyecto es el de investigación experimental. Con el cual se busca comprobar la actual hipótesis.
El bastón blanco para personas con discapacidad visual.
El presente bastón se encuentra integrado básicamente por dos elementos:
Para el desarrollo de este proyecto, se ha considerado partir de un diseño virtual (plano). El cual servirá de base para su posterior diseño físico.
El propósito del diseño virtual es exponer básicamente el montaje del circuito electrónico. Que para este proyecto se le ha nombrado como módulo de control.
El diseño virtual. Montaje de módulo de control.
El diseño del módulo de control para el bastón blanco, inicialmente se lleva a cabo desde TinkerCad. La cual es una herramienta de software que permite crear un circuito de manera virtual, programarlo y, finalmente simular su funcionamiento. Este software es ideal para crear el primer bosquejo o plano de un prototipo o proyecto electrónico. Ver Figura 12.
Figura 12. Vista general de la herramienta TinkerCad.
Primeramente se diseñó el circuito para detectar distancias de un punto a otro. Para lo que fue necesario el uso del sensor ultrasónico HC-SR04. El cual debe conectarse a la placa Arduino UNO.
Una vez armado el circuito de manera virtual y creada su programación, se procede a realizar la prueba de funcionamiento. La distancia propuesta fue de 100 cm (de la punta del bastón (llamada contera giratoria) hacia adelante. Una distancia adecuada para que la persona con discapacidad visual tenga tiempo de reaccionar evitando así chocar con algún obstáculo. Ver Figura 13.
Figura 13. Programación y pruebas de cálculo de distancia desde TinkerCad.
Después de haber efectuado la prueba del sensor de distancias, se incorpora al circuito el buzzer o zumbador. Gracias a este elemento fue posible emitir sonidos cada vez que se detectaba la distancia de los 100 cm entre la punta del bastón blanco y el obstáculo. Ver Figura 14.
Figura 14. Integración de un buzzer al circuito del sensor detector de distancias.
Como elemento complementario dentro del módulo de control del bastón blanco, se encuentra además, el sistema de rastreo GPS (con botón SOS integrado)..
El diseño físico
Una vez concluidas las pruebas de funcionamiento del montaje virtual, se procedió al montaje físico y, la integración de elementos adicionales. Ver. Figura 15.
Figura 15. Montaje físico del módulo de control.
Una vez montado y probado el circuito físico, se procedió a armar el bastón para efectos de viabilidad del producto. Ver Figura 16.
Figura 16. Integración de la carcasa protectora y el módulo de control.
El producto obtenido es un bastón blanco electrónico de material plástico (carcasa) que incluye un módulo electrónico que efectúa tareas de detección de distancias y emisión de alertas, y que además permite efectuar tareas de rastreo mediante un sistema GPS-SOS. Lo anterior con el fin de garantizar mayor seguridad para personas invidentes al momento de andar. Es práctico, cómodo, seguro, económico y muy simple de utilizar. Sin duda, es una alternativa para aumentar la calidad de vida de personas con discapacidad visual.
El producto obtenido es un bastón blanco electrónico de material plástico (carcasa) que incluye un módulo electrónico que efectúa tareas de detección de distancias y emisión de alertas, y que además permite efectuar tareas de rastreo mediante un sistema GPS-SOS. Lo anterior con el fin de garantizar mayor seguridad para personas invidentes al momento de andar. Es práctico, cómodo, seguro, económico y muy simple de utilizar. Sin duda, es una alternativa para aumentar la calidad de vida de personas con discapacidad visual.
Después de la revisión de la información y mi experimentación, aprendí que la electrónica es hoy en día un gran recurso tecnológico que nos permite innovar.
Aprendí también sobre los tipos de bastón para personas con discapacidad visual, cómo se encuentran integrados y cómo funcionan.
Aprendí (con la ayuda de mi papá) a armar varios circuitos para darle forma al bastón blanco. Para esto utilice herramientas de software (para el diseño virtual) y herramientas/recursos de hardware (para el montaje físico). Sin duda fue divertido y muy
¡emocionante!.
Juan Camilo Suárez Escudero. (2011). Discapacidad visual y ceguera en el adulto. Medicina UPB. vol. 30, núm. 2, julio-diciembre,, pp. 170-180. Universidad Pontificia Bolivariana Colombia.
N.U CEPAL. (2013). Panorama Social de América Latina. CEPAL, Colecciones Anuales, pp. 252.
IOB, Instituto Universitario De Oftamobiología Aplicada. Día mundial del bastón blanco de seguridad. Universidad de Valladolid.
https://www.redalyc.org/pdf/614/61448035002.pdf
https://store.arduino.cc/products/arduino-nano.
The current project is aimed at showing an example of the application of electronics for the creation of a cane that will be used by people with visual disabilities.
A technological tool that undoubtedly guarantees a safe and wide mobility of the user in addition to improving their quality of life. This is integrated by a control module through which a set of tasks is carried out such as:
The detection of obstacles
General monitoring (cell phone geolocation) and spreading anti-panic alerts .
In short, who would not think it would be a good idea to disseminate notices to the cell phone of a tutor, family member in charge of the blind person.
To try out the benefits provided by this tool, a study was carried out where the training and consumption experiences of two adult participants were analyzed.
The statistical analysis allowed us to record the satisfaction of the users with the physical characteristics and the benefits offered by the prototype
Thus observing the association between the sounds and the different messages emitted For the creation of the control module an Arduino board , as well as a set of auxiliary electronic components for circuit design.
