Dispositivo de auxílio à locomoção de deficientes visuais utilizando fusão sensorial em arquiteturas reconfiguráveis

Abstract

De acordo com a Organização Mundial de Saúde (OMS), em dados publicados em outubro de 2013, existem cerca de 39 milhões de deficientes visuais no mundo. Devido a essa limitação, locomover-se em ambientes desconhecidos é uma grande dificuldade para esses indivíduos. Existem diversas pesquisas realizadas com o propósito de criar soluções e tecnologias que visam assistir à mobilidade de deficientes visuais. Atualmente, o professor Dr. Daniel Muñoz coordena um projeto de pesquisa que visa a construção de arquiteturas de hardware para um dispositivo de auxílio à locomoção em ambientes desconhecidos. Uma das propostas para este dispositivo possui formato semicircular para ser utilizado pelo usuário em sua cabeça, e é constituído de sensores de distância como o ultrassom e infravermelho e eletrônica embarcada baseada em dispositivo reconfigurável Field Programmable Field Array (FPGAs), visando a implementação de algoritmos para tratamento de dados, através da utilização do filtro de Kalman (FK), e também para direcionar o usuário a se desviar de obstáculos. Diante disto, este trabalho propõe a modelagem e descrição de arquiteturas de hardware destes algoritmos em linguagem VHDL. São apresentados, também, a descrição do problema a ser resolvido, a metodologia, a fundamentação teórica dos algoritmos escolhidos e modelagem do sistema, assim como elementos usados para os processos de simulação e validação. São expostos ainda os resultados de simulação em software e hardware dos modelos matemáticos dos sensores e algoritmos utilizados e a arquitetura de hardware proposta. Por fim, são descritas as conclusões obtidas, bem como sugestões para trabalhos futuros. _____________________________________________________________________________ ABSTRACT

According to the World Health Organization (WHO), in data published at October 2013, there are approximately 39 million blind people in the world. Due this limitation, move inside an unknown place is a major difficulty for the visually impaired people. Several researches were made in order to create new technologies and solutions to help the mobility of these individuals. Currently, Dr. Daniel Muñoz coordinates a project that aims to build hardware architectures for a device that helps locomotion at unknown environments. One of the proposals is a device that has a semicircular shape, to be used at the head, consisting of distance sensors such as ultrasound and infrared, and onboard electronics based on Field Programmable Gate-Array (FPGA), which will implements data treatment algorithms, provided by the Kalman filter (FK), and to direct the user in order to avoid obstacles. This work proposes the modelling and description of hardware architectures of those algorithms in VHDL language. It also presents the problem description to be resolved, the methodology, the theoretical background of the chosen algorithms and the system modeling, as well as the elements used for simulating and validation processes. In addition, the partial results of software and hardware simulations of the mathematical models of the sensors and algorithms used and the proposed hardware architecture are presented. Finally, the conclusions are described as also suggestions for future work.