PDF de programación - Calzado Háptico

Facultad de Informática - U.N.L.P.

Tesis de Grado

Licenciatura en Informática

Calzado Háptico

Navegabilidad asistida para
personas con disminución visual

Alumno: Directores:
Fernando Berretti
Lic. Javier Diaz

Lic. Claudia Queiruga



Diciembre 2014

Motivación

Las personas con capacidades disminuidas,
como los no videntes, forman fuertes lazos
de dependencia hacia otras personas, con el
fin de suplir las capacidades perdidas.



Motivación

 Crecimiento del segmento móvil

 América Latina → 328 Millones de usuarios

 Argentina →

 30 Millones de usuarios individuales
 60 Millones de lineas móviles activas
 16 Millones de usuarios de teléfonos inteligentes



Motivación
 Open Source Hardware

 Surgimiento de plataformas de hardware libre

que posibilitan el prototipado de proyectos.

 Alta disponibilidad de componentes y fácil acceso
 Desarrollos electrónicos de bajo costo



Motivación

 La vida de las personas no videntes no ha

cambiado sustancialmente pese a los
avances de la tecnología

 En Argentina existen 3.272.954 de

discapacitados visuales en condiciones de
poder mejorar



Motivación + Objetivo

Problemática Principal + Open Source Hardware + Teléfonos Inteligentes

Solución tecnológica integral de bajo costo

en forma de Calzado Háptico

Calzado Háptico →

Navegabilidad en tiempo real desde una ubicación origen hacia una destino

+

Detección de obstáculos frontales



Calzado Háptico



Actividades para lograr el
objetivo planteado

 Analizar tecnologías para prototipado de hardware
 Evaluar los servicios intermedios involucrados en

navegabilidad en tiempo real.
 Geocoding, routing, cartografías, etc.

 Experimentar con feedback háptico
 Desarrollar una aplicación móvil
 Abordar conceptos teóricos y prácticos de electrónica

para la construcción de hardware de propósito específico
 Realizar pruebas de usabilidad en contexto controlado y

en contexto de uso real.



Funcionamiento a nivel usuario
 Conectar Calzado. Realiza la conexión

inalámbrica con el calzado que fue previamente
activado desde el interruptor de encendido.

 Fijar Destino. Mediante reconocimiento de
voz, se ingresa la dirección destino deseada.

 Navegar. Inicia el proceso de navegación.
Esta funcionalidad está activada sólo cuando la
conexión con el calzado fue realizada con éxito
y ademas se fijó una dirección destino.

 Ver recorrido. Mapa visual que contiene la ruta

calculada e información en tiempo real del
estado del recorrido.



Tecnologías Hápticas

El término “háptico” carece de definición formal para la RAE; proviene
del griego háptō, que significa “relativo al tacto”

Los dispositivos hápticos permiten al usuario interactuar con objetos
del entorno a través del sentido del tacto

Una tecnología háptica implica →

● La exploración del entorno por medio de sensores, los cuales

adquieren información característica del medio.

● Procesamiento en el dispositivo de la información sensada.
● Emisión de una respuesta (feedback) en forma de sensación háptica.



Tecnología háptica a nivel sistema



Tecnología háptica en el calzado



Esquema ilustrativo del calzado

1. Vista exterior del calzado

2. Zona hueca para protección de hardware

3. Suela con función de tapa inferior

4. Borde de apoyo perimetral

5. Borde de apoyo perimetral

6. Puerto de carga para baterías

7. Interruptor de encendido/apagado/carga

8. Módulos de hardware

9. Sensor de obstáculos



Plantilla vs. tobillera

● En el interior del calzado se encuentra una plantilla que contiene 4 micromotores

vibratorios encargados del feedback háptico.

● Como producto de la información estudiada en relación al funcionamiento del
sistema háptico humano y a las pruebas de usabilidad, se decide trasladar los
actuadores de la planta del pie hacia el tobillo.

Motivos principales

Umbral de distancia mínima para diferenciar dos puntos



Necesidad de plantilla de alta precisión para protección
de los actuadores



Sistema háptico humano

 Es considerado como uno de los 5 sentidos,
pero no debe ser considerado como unidad

 Combinación de varios mecanismos

 Mecanoreceptores

 Responden a estímulos mecánicos disparando

potenciales de acción

 Reaccionan ante la presión mecánica o distorsiones

en la piel

 Detección de vibraciones →

 Corpúsculos de Pacini
 Corpúsculos de Meissner



Sistema háptico humano

 La sensación táctil está determinada por la

cercanía de los mecanoreceptores entre sí y
el tamaño del campo receptivo



Sistema háptico humano

Merkel. Frecuencias bajas ubicadas
entre 5 y 15 Hz.

Meissner. Frecuencias medianas
ubicadas entre 20 y 50 Hz.

Pacini. Frecuencias altas ubicadas
entre 60 y 400 Hz.

Especialmente sensibles a vibraciones ubicadas en el rango de 200 a 250 Hz



Vibraciones de micromotores

Fórmula para calcular frecuencia de vibración en función de la velocidad de un motor

Vibración (Hz) = Velocidad del Motor (RPM)
60

Micromotor utilizado →

Tipo : Coin (plano)
Velocidad : 12,000 RPM
Voltaje de operación : 3V
Diámetro : 8 mm
Altura: 3 mm

Vibración (Hz) = 12,000 = 200 Hz
60


Captado por corpúsculos de Pacini



Servicios

- Recorrido por los servicios necesarios para implementar navegabilidad
asistida en tiempo real en modo turn-by-turn

 Cartografía
 Geocoding
 Routing

● Definición
● Proveedores del servicio
● Licencias / Términos de uso
● Proveedor del servicio elegido
● Implementación

 Algoritmo de navegación en tiempo real



Cartografía

Representación gráfica de un territorio o
parte de éste, sobre una superficie plana

Propiedades métricas

Relación entre las medidas de
distancia, ángulos o superficies
tomadas en la representación y
las medidas reales del territorio

A partir de las cartografías se han construido

Bases de datos

Asignan atributos característicos a la información geográfica



Cartografía - Proveedores



Cartografías – Términos de uso

Términos de uso → Google

Restrictions against Copying or Data Export.

(a) You must not copy, translate, modify, or create a derivative work (including
creating or contributing to a database) of, or publicly display any Content or any
part thereof except as explicitly permitted under these Terms.
For example, the following are prohibited: (i) creating server-side modification of
map tiles; (ii) stitching multiple static map images together to display a map that
is larger than permitted...; (iv) exporting, writing, or saving the Content to a third
party's location-based platform or service.
(b) No Pre-Fetching, Caching, or Storage of Content. You must not pre-fetch,
cache, or store any Content, except that you may store: (i) limited amounts of
Content for the purpose of improving the performance of your Maps API
Implementation if you do so temporarily (and in no event for more than 30
calendar days.

Términos de uso → OpenStreetMap
“Se puede copiar, distribuir, transmitir y adaptar nuestros mapas e información
libremente siempre y cuando se dé reconocimiento a OpenStreetMap y sus
colaboradores. Si se altera o genera contenido sobre nuestros mapas e
información, se debe distribuir los cambios bajo la misma licencia.“



OpenStreetMap

Cartografía
- Elección de proveedor →
 Licencia Abierta
 Descarga de la información para cualquier fin
 Actualización de datos más rápida
 Tiempos menores de validación
 22.600 editores activos
 1.800.000 de usuarios en la comunidad
 Documentación
 Es la base para los otros servicios utilizados



Geocoding directo

Información geográfica
expresada en texto
Domicilio: Calle 4 número 1600

Coordenadas geográficas
en formato (latitud,longitud)

(122423423,242543423)

Comparativas entre proveedores

“ … You must not use or display
the Content without a
corresponding Google maps.
For example, you must not use
geocodes obtained through the
service in conjunction with a non-
Google map ...”



Geocoding
- Elección de proveedor →
 Servicio sin limitaciones
 YQL (Yahoo Query Language)
 Especificación de direcciones: fully-parsed
 Alta precisión de resultados

Yahoo Geocoder

Construcción en YQL del requerimiento →

Select * from geo.placefinder where city=”La Plata” and
country=”Argentina” and street=”Calle 6” and xstreet=”Calle 59”

Resultado xml →

<Result>



</Result>

<quality> 82 </quality>
<latitude> -34,919041 </latitude>
<longitude> -57,941688 </longitude>



Routing
Un servicio de routing permite calcular una ruta
desde una ubicación origen hace una ubicación
destino.

Comparativas entre proveedores

Modos

de desplazamiento

A pie
Auto
Bicicleta



Routing
- Elección de proveedor →
 Servicio sin limitaciones
 Basado en mapas de OpenStreetMap
 Hereda todas las ventajas de actualización de OSM
 Excelente documentación
Construcción en YQL del requerimiento →

MapQuest

http://open.mapquestapi.com/guidance/v1/route?key=key&from=origen
&to=destino&routeType=pedestrian

Resultado (ruta) →



<shapePoints>

<lat> 40,2562</lat>
<lng> -76,5095</lng>
<lat> 40,2561</lat>
<lng> -76,5098 </lng>
...


</shapePoints>

Routing
Optimización de la ruta obtenida

Ruta con tramos de 100 metros Ruta con tramos de 25 metros

Mayor cantidad de puntos de control

Favorece la precisión obtenida al aplicar el algoritmo de navegabilidad en tiempo real



Algoritmo de navegabilidad en
tiempo real

1. Se toma la ruta obtenida y para cada nodo de la ruta se calculan
dos puntos guía auxiliares

Bearing



● P1 = nodo de ruta
● P2 = +90 en relación a P1
● P3