Розроблення системи виявлення перешкод для людей з обмеженими можливостями на базі сенсорних технологій
Автор: Городько Назарій Юрійович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Системне проєктування
Інститут: Інститут комп'ютерних наук та інформаційних технологій
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2025-2026 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Городько Н. Ю., Денисюк П. Ю. (керівник). Розроблення системи виявлення перешкод для людей з обмеженими можливостями на базі сенсорних технологій. Магістерська кваліфікаційна робота. – Національний університет «Львівська політехніка», Львів, 2025. Проблематика безпечної навігації людей із порушеннями зору залишається актуальною у всьому світі, адже, за даними Всесвітньої організації охорони здоров’я, понад 285 мільйонів осіб мають суттєві обмеження зорового аналізатора, з яких 39 мільйонів є повністю незрячими [1] Класична біла тростина забезпечує лише контактне виявлення перешкод, що обмежує її функціональність у складному міському середовищі, де значна частина небезпек розташована на рівні торсу, плечей чи голови. Сучасні електронні засоби мобільності покликані розширити сенсорний горизонт користувача, однак наявні комерційні рішення часто характеризуються низкою недоліків: широкою діаграмою спрямованості ультразвукових сенсорів, залежністю ІЧ-датчиків від кольору поверхні, нестабільністю роботи в умовах зовнішнього шуму чи змін освітлення [2–3] Об’єктом дослідження є процес отримання та інтерпретації просторової інформації в асистивних системах орієнтації для людей із порушеннями зору. Предметом дослідження виступають методи оптичного вимірювання відстані та апаратно-програмні засоби формування тактильного і звукового зворотного зв’язку. Ключовим є застосування технології вимірювання часу польоту світла (Time-of-Flight), яка, на відміну від акустичних або інтенсивнісних підходів, забезпечує вузьку діаграму спрямованості, високу швидкодію та низьку залежність від матеріальних властивостей об’єктів [4] Мета роботи полягає у підвищенні безпеки мобільності людей із порушеннями зору шляхом створення апаратно-програмного комплексу для раннього виявлення перешкод на основі лазерного ToF-сенсора VL53L0X та мікроконтролера Arduino RF-Nano. Задля досягнення поставленої мети у роботі проведено комплексний аналіз особливостей просторової орієнтації незрячих людей, досліджено сучасні технічні засоби підтримки мобільності та визначено їх системні недоліки. Особлива увага приділена когнітивним аспектам сприйняття тактильних і слухових сигналів, оскільки високе сенсорне навантаження часто спричиняє втому та зниження швидкості реакції [5] На основі проведеного аналізу обґрунтовано вибір сенсорної технології, апаратної платформи та структурної архітектури пристрою. Розроблений прототип інтегрує лазерний сенсор VL53L0X, вібромотори таблеткового типу та звуковий модуль, реалізуючи багаторівневу логіку оповіщення на основі зонованого аналізу відстані. Програмне забезпечення містить алгоритми експоненційного згладжування вимірювань, механізми фільтрації шумів, а також систему адаптивного керування тактильним сигналом через широтно-імпульсну модуляцію. У ході експериментальних досліджень підтверджено високу стабільність роботи сенсора за різних характеристик об’єктів, зокрема темних або матових поверхонь, а також визначено вплив кутових і динамічних факторів на точність оцінки відстані. Окремо проаналізовано особливості взаємодії з різними типами матеріалів, умови зовнішнього освітлення, вібраційні впливи та конструктивні параметри монтажу. Отримані результати дозволили сформувати узагальнені рекомендації щодо оптимального кутового позиціонування сенсора, параметрів фільтрації та режимів генерації тактильних сигналів. Практичним результатом роботи є створення функціонального прототипу компактної системи попередження про перешкоди, придатної до подальшого розширення: використання декількох сенсорів, інтеграції бездротових технологій, підключення до смартфона або систем навігації «розумного міста». Отримані напрацювання можуть бути застосовані як у виробництві бюджетних асистивних пристроїв, так і в освітніх програмах з робототехніки, сенсорних систем та ергономічного проєктування. Ключові слова: Time-of-Flight, VL53L0X, асистивні технології, просторове орієнтування, тактильний інтерфейс, Arduino RF-Nano. Перелік використаних літературних джерел. 1. Hersh M., Johnson M. A. Assistive Technology for Visually Impaired and Blind People. London: Springer, 2010. 776 p. 2. Elmannai W., Elleithy K. Sensor-based assistive devices for visually- impaired people: Current status, challenges, and future directions. Sensors. 2017. Vol. 17, No. 3. P. 565. 3. Islam M., Sadi M., Zamli K. Smart walking stick for visually impaired people using ultrasonic sensors and Arduino. Journal of ICT. 2019. Vol. 18, No. 4. P. 401–423. 4. Grzejszczak T., Molter B., Roth M. Time-of-Flight sensors in mobile devices: A review of current technologies and applications. IEEE Consumer Electronics Magazine. 2019. Vol. 8, Iss. 5. P. 34–40. 5. Klatzky R. L., Giudice N. A., Marston J. R. Cognitive Load of Navigating without Vision. Human Computer Interaction. 2014. Vol. 25. P. 1–34.