Assistentsystem Rollstuhl

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OHWL!
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Entwickler


Nick Franke, Niklas Degenhart, Talia Deckardt

Gehäuse

3D Druck PETG

Programmiersprachen


HTML5, Arduino programming language

Software



Autodesk Fusion 360, Arduino IDE



"OHWL!" das Rollstuhl Assistenz System besteht aus einer Mikrocontrollersteuerung und einer 3D-Druck Halterung



Projektbeschreibung[Bearbeiten]

Menschen die auf einen Rollstuhl angewiesen sind, haben zusätzliche Anforderungen an die visuelle Wahrnehmung: Besteht keine Möglichkeit einen direkten Kontakt mit dem Untergrund aufzunehmen und ist der Fahrstuhl zusätzlich motorisiert sowie groß, wird das Sichtfeld jedoch stark eingeschränkt. Das gefahrlose Navigieren um Hindernisse wie Bodenschwellen oder Bordsteinkanten ist so nicht ohne weiteres möglich. Sind weitere Sinne wie Hören oder der Gleichgewichtssinn eingeschränkt, so entstehen auch hier Bedarfe die eingeschränkte Wahrnehmbarkeit der Umgebung zu unterstützen. Mittels unseres eingebetteten Systems soll in diesen Fällen der Informationsmangel über die Umgebung überbrückt und die Wahrnehmbarkeit erweitert werden.

Dazu erfasst das System die unmittelbare Umgebung des Rollstuhls mittels Sensoren und indiziert über Aktoren das entsprechende Feedback. Dieses soll über verschiedene Formen des Feedbacks ermöglicht werden um die erfahrbaren sensorischen Einschränkungen der Betroffenen im Alltag auf ein Mindestmaß zu reduzieren.


Ergonomischer Hintergrund[Bearbeiten]

Abb.1: Sichtfeld für Überwachungsaufgaben. Quelle: DIN EN 894-2:2009-02

Sitzhaltung und Blickfeld

Im Sitzen ist das Blickfeld in natürlicher Weise eher dem Boden zugeneigt als frontal horizontal ausgerichtet. Etwaigen physiologischen Konsequenzen wie Nackenverspannungen und Fehlhaltungen gilt es durch geschickte Positionierung und Anbindung vorzubeugen. Voraussetzung für die optimale Positionierung und Anbindung des Anzeigemoduls sind in Abbildung 1 sichtbar: Der Blickbereich A ist den anderen vorzuziehen. Ist dies z. B. aufgrund von Erkrankungen der Wirbelsäule nicht möglich, so ist auch Blickbereich B in der Anwendung möglich. Blickbereich C ist hingegen ungeeignet. In diesem Fall wäre es besser das visuelle Feedback mit Audio zu unterstützen oder gänzlich zu ersetzen.


Abb.2: Sichtanalyse. Quelle: RWTH Aachen

Farbwahrnehmung

Während der Entwicklung haben wir uns intensiv mit den Themen Ergonomie, Farbverarbeitung und Sehfeld auseinandergesetzt. Ziel unserer Recherchen war ein komfortables und sicheres System zu gestalten. Im Vergleich mit ähnlichen Systemen ist uns aufgefallen, dass Eigenschaften menschlichen Sehvermögens wenig Beachtung finden. Häufig wird die Farbe Rot als Signal eingesetzt um auf Gefahren hinzuweisen. Dabei ist die Wahrnehmbarkeit von Rot am Rande des Sichtfelds stark eingeschränkt. Darüber hinaus ist es wichtig das Farbspektrum so anzupassen, dass die Wahrnehmbarkeit bei verschiedenen Lichtverhältnisse die zeit- und wetterabhängig garantiert sind. Außerdem nimmt die Farbwahrnehmung am Rande des Sehfelds ab; es ist demnach entscheidend einen Farbraum zu wählen der sowohl am Rande des Sehfelds als auch bei diversen äußeren Faktoren wahrnehmbar ist. Die Farbe Blau oder Gelb kamen dabei in Frage.


Abb.3: Griffarten zur Unterstützung der Informationsabgabe. Quelle: DIN EN 894-3:2010-01

Bedienbarkeit der verstellbaren Anzeige

Unser Ziel war es in Absprache mit der Endnutzerin eine verstellbare Anzeige zu entwerfen, welche für sie bedienbar ist und ihr auch optisch zusagt. Um die Bedienbarkeit zu gewährleisten und auf ihre Bedürfnisse spezifisch einzugehen identifizierten wir folgende Anforderungen an das Anzeigeelement: es muss stabil, verstellbar, elegant, ohne Umfassungsgriff und mit wenig Kraftaufwand translatorisch bedienbar sein. Die in Frage kommenden Handlungsoptionen zur Informationsabgabe an die verstellbare Anzeige sind auf der Abbildung als Kontaktgriff "1" und Zufassungsgriff "2" dargestellt. Von diesen Voraussetzung aus waren Entwürfe zu Drehelementen, Teleskop sowie verstellbare Drahtelemente keine Option mehr. Als in Frage kommendes Modell entschieden wir uns für ein Anzeigeelement in der Form eines breiten Fächers welcher flach auf einer Armlehne angebracht werden kann. Darüberhinaus ist es möglich diesen wunschgerecht zu individualisieren mit Druck und Folie.

Hardware und Materialien[Bearbeiten]

Wir setzen 4 Mikrocontroller und 3 TOF Sensoren sowie 2 LEDs ein. Die Daten der Sensorik wird über 3 Mikrocontroller des Typs Arduino Pro Mini verarbeitet und anschließend auf einem ESP32 zusammengefasst. Der ESP32 stellt eine Benutzeroberfläche über ein Wifi-Netzwerk bereit, und wertet zugleich die Daten der Arduino-Controller aus. Die LEDs werden an einer Halterung auf dem Rollstuhl befestigt und blinken in einer höheren Frequenz, je nach dem wie nah sich der Rollstuhl einer möglichen Gefahr wie etwa einem Bordstein befindet.

Name Beschreibung Produktbild
ESP32 Mikrocontroller für Weboberfläche
ESP32
Arduino Pro Mini Sensor und Datenverarbeitung
Arduino Pro Mini
VL53L0X Sensoreinheit
VL53L0X


Bei der Gehäuse Erstellung mit 3D-Druck verwenden wir PETG(Co-Polyester) bei einer Layerhöhe von 0,2mm


Name Beschreibung Produktbild
Gehäuse Gehäuse für Arduino Pro Mini und TOF-Sensor
Gehäuse
Halterung Halterung am Rollstuhl
Halterung
Kugelgelenk Kugelgelenk für das Gehäuse der Sensorik und des Arduino Pro Mini
VL53L0X

Software[Bearbeiten]

Arbeitsablauf[Bearbeiten]

Sonstiges[Bearbeiten]

Als Weiterentwicklungsoption bietet sich der Ausbau Sensorik hinsichtlich Lichtsensor an. Da der gut wahrnehmbare Farbraum je nach entsprechend der Lichtverhältnisse variert, ist es Sinnvoll einen dynamischen Farbwechsel zwischen Gelb und Blau vor zu nehmen