Geri Dön

Design of dynamic Braille display for mobile phones

Cep telefonları için dinamik Braille görüntüleyicisi tasarımı

PDF İndir

  1. Tez No: 606685
  2. Yazar: REMZİ YALIN SÖNMEZ
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. SERHAT İKİZOĞLU
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2019
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 123

Özet

Bu tez, mekanik, elektronik metodolojileri içeren bir biyomedikal ürün tasarımını gerçekleştirmek üzere hazırlanmıştır. Ürün olarak cep telefonu kullanan körler için bir mobil Braille ekranı tasarlanmıştır. Braille alfabesi, kör insanların okumasını sağlayan kabartmalı bir nokta dizileridir. 19. yüzyıldan beri Braille alfabesi, kabartma noktalar kullanarak statik değişmeyen dil olarak kullanılmıştır. Dünya nüfusunun yüzde 0.5 görme kusurlu olması bu alfabenin kullanımı yıllar geçtikçe arttırmıştır. Ancak son 30 yılda görme kusurlu insanların noktalarla veya kabartmalarla kaplı kitapları kullanmaktan ziyade noktaların veya kabartmaların harflere göre değişbileceği sistemler geliştirilmeye başlanmıştır. Görme kusurlu insanlar bu yenilenebilir Braille görüntüleyicileri günlük hayatta kullanmalarına rağmen, daha küçük ve hafif Braille görüntüleyicileri piyasada sunulmaktadır. Braille görüntüleyicilerin sadece bir cihaz olarak değil ölçeğinde değil cep telefonları ile iç içe yapılması amaçlanmıştır. Braille görüntüleyiciler lineer, yuvarlak ve elektrik uyarımı olmak üzere üçe ayrılmıştır. Elektrik uyarımlı Braille görüntüleyicileri Panda sistemleri olarak tanımlanmış olup piyasada ürün halinde bir örneği bulunmamaktadır. Yuvarlak Braille görüntüleyicileri sınırlı sayıda karakteri görtermek için tasarlanmıştır. Bir silinidirin yüzeyine konulan kabartmaları döndürerek istenilen karakterleri göstermeye çalışmaktadır. Yuvarlak Braille görüntüleyicileri piyasda sadece Amerika'da kullanılmaktadır. Ürün halinde örneği sayılıdır. Lineer Braille görüntüleyicileri piyasada en çok kullanılan cihazlardır. Lineer denmesinin sebebi kabartma görevi gören pin veya noktaların dikey şekilye hareket etmelerini sağlayacak eyleyicilerin görev almasındandır. Noktalar yerçekimine karşı yer çekimi yönüne doğrusal eylemlerini gerçekleştirirler. Lineer Braille görüntüleyicileri elektromıknatıs, piezo elektrik veya akıllı hafızalı alaşım gibi eyleyicilerden oluşmaktadır. Elektromıknatıslı lineer Braille görünteliyicileri çok ucuz olmasına rağmen her nokta için elektromıknatıs koymak sistemi hem mekanik olarak karmaşık hale getirmekte hem de enerji tüketimi için dezavantajlı. Birden fazla hücreli Braille görüntüleyicilerde verimli olması mümkün değildir. Akıllı hafızalı alaşımlar ise üretimlerinin seri üretim halinde olmaması ve tekrarlanabilirliği düşük olmasından dolayı endüstiride örneği bulunmamaktadır. Piezo elektrik eyleyicileri hem boyut olarak hem de tekrarlanabilirlik olarak Braille uygulamalarına ideal bir araç olmuştur. Braille görüntüleyicileri çoğunlukla piezo sistemlerden oluşmasına rağmen genel kullanım için çok pahalı bulunmaktadır. Tasarlanmak istenen Braille modülü cep telefonların arkasına yer alacak ve koruyucu kap görevi görmesi planlanmıştır. Diğer Braille cihazlarından farklı olarak, bu Braille cihazı telefonun yere göre olan pozisyonu değişeceğinden dolayı lineer hareketi çift yönlü yapması gerektiği düşünülmüştür. Elektromıknatısların düzgün bir şekilde çalıştırılması için gerekli olan giriş çıkış terminal sayısının fazlalığı sistemin elektronik tasarımını karmaşıklarştırmıştır. Elektromıknatıs sisteminin içersinde bulunan solenoid ve ferromanyetik mıknatısların kuvvet ve yer değiştirme hesapları sonlu eleman methodu ile ANSYS'de yapılmıştır. Sonlu eleman analizinde kullanılan materyallerin özellikleri, boyutları, birbirlerine olan uzaklıkları göz önünde alınarak elde edilebilecek en az akım değeri ile sistemin yeterli gördüğü kuvveti sağlamak hedeflenmiştir. Elde edilen sonuçlarda 600 miliamper ile 75 milinewton elde edilmiş olup 1 milimetrelik yerdeğiştirde sağlanmıştır. Kullanılması planlanan bakır kabloların 600 miliamper değerinde sargılarda zarar vermesinde sebep olabilir. Ayrıca elektro-mıknatısların boyut olarak üretiminin zor olması, sonlu eleman sonuçlarındaki akım değerlerinin çok yüksek olması ve sistemin işlevi için çok fazla eyleyiciye gerek duyulması bu modülün elektromıknatıs eyleyicilerle tasarlanılmasını imkansız kılmıştır. Braille modülü için hem kolay kullanımı sağlamak amacıyla kalınlığını ince tutmak hem de enerji tüketimini azaltmak için yeni bir yöntem önerilmiştir. Tüm Lineer Braille cihazlarında olduğu gibi her noktayı ayrı ayrı kontrol etmek yerine, nokta kombinasyonlarını mekanik kısıtlamalarla sağlayan pedallar kullanılması planlanmıştır. Bu pedalların pozisyonlarını kontrol etmek içinse rotorlarında vida mili olan stepper motorlar yer almıştır. Braille alfabesinde bir harfi tanımlamaya hazır altı nokta yer alması sağlanmıştır. Harf veya karaktere göre ikili grup halinde bulunan altı noktanın en fazla dört noktası kullanılmakdır. Tasarlanan yeni sistemte üçlü nokta gruplarının düşey halde alabileceği sekiz kombinasyonu sağlayan pedal sistemi yer almaktadır. Vida milinde hareket edecek olan pedal üzerindeki boşluklar sayesinde bir grup üçlü noktanın sağladığı 8 kombinasyonu sağlaması düşünülmüştür. Bu sayede eyleyeci sayısı üçte birine düşmesi amaçlanmıştır. Pinler içinse gerektiğinde mekanik olarak sıkışmaya hazır“pogo pin”kullanılmıştır. Bu pinler taşıyıcı bir platforma konulmuş olup pedallar pozisyonlarını aldığında elektromıknatıs yardımı ile yer değiştirilmesi ön görülmüştür. Sıkışması planlanan pinler yüzeye çıkmayacak ve bu sayede geri kalan pogo pinler kabartma görevi görmektedir. Braille modülünün çalışması için okunması istenilen karakterlin Braille diline aktarlması gerekmektedir. Bunun için üçlü noktalardan elde edilen posizyonların vida milindeki karşılıkları ölçülmüştür. Bu sayede normal alfabeden Braille alfabesine dönüştürme esnasında hangi harf için hangi ikili grubun ait oldukları vida milinde hangi pozisyona geleceği hesaplanmıştır. Bu sayede bir dönüştürme tablosu oluşturulmuştur. Bu tablo üzerinden bir harfi tanımlamak için 6 eyleyici kullanmak yerine 2 eyleyici kullanılması sağlanmıştır. Ancak Braille sistemlerinin mekanik kısıtlamaları,kullanılan step motorların ufak ve hassas olmasını gerektirmiştir. Mekanik kıstaslar ve step motorların boylarının ufak olması pedalların boyutlarının da ufak olmasını gerektirmiştir. Bu yüzden geometrik töleranslar sistemi etkileyen bir etken olmasına sebep olmuştur. Sistemde ön görülen pozisyonlar sistemin kurulumu esnasında veya motorlarda yaşanabilecek sıkıntılardan kalibrasyon yapma ihtiyacı hissedilmesi ön görülmüştür. Metin verileri, cep telefonunun üzerinden Bluetooth bağlantı uygulaması kullanılarak Bluetooth aracılığı ile mikroişlemciye aktarılmaktadır. Alınan veriler string formatında tutulup gerektiğinde karaktere dönüştürülmüştür. Dönüştürülen karakter sayısı modülde bulunan hücre sayısı ile aynıdır. Yayınlanan karakterler okunduktan sonra bir dokunmatik sensörle pinleri geri çekmesi ve ardından pedalları vida milinin başına çekmesi planlamıştır. Yeni karakterler kaydedilen string verisinden çekilir ve Brallie hüclerinde yayınlanmaya devam ettirilmiştir. İstenilen hacimde çalışması ön görülen Braille modülü, o hacim içersinde yer alacakabilecek ve kuvvet standartlarını sağlayan elektromıknatıs sağlanamadığından dolayı modülün kalınlaştırılması gerekmiştir. Pinleri gerektiğinde itiş sağlayacak olan elektromıknatısların boyutlarının büyük olması hacimsel olarak Braille modülünü ufaltmanın önünü kapamıştır.Yeni tasarlanan sistemde kullanılan elektromıknatıslar pinleri taşıyan sistemi itebilme kabiliyetini göstermiştir. Kullanılacak olan admı motorlarının her biri adım( step) motor sürücü ile sürülmesi ön görülmüştür. Bu sürücülerin bir tanesi mikroişlemciden iki adet genel giriş çıkış sinyaline gerek duymaktaktadır. Bir tanesi adım motorunun kaç adım atması gerektği diğeri is hangi yöne dönmesi gerektiğini tayin etmektedir. Motorların hareket kabilyetlerini MATLAB üzerinden, seçilen entegrenin çalışma düzeniğini modelleyen bir sistem oluşturularak test edilmiştir. İstenilen hedefe veya pozisyona ulaşmak için yön ve adım sinyalleri tayin edilmiştir. Simulasyonlardan alınna sonuçlar sisteminin ön görülen yük değerlerinde düzgün çalıştığı görülmüştür. Pedallar, Braille görüntüleyicisi, pin taşıyıcı gibi parçların SLA denilen deneysel bir üç boyutlu basım tekniği ile üretilmesi istenilen geometrik töleransları sağlamıştır. Ancak montaj esnasında yaşanan problemler sistemin çalışmasına engel olmuştur. Bu parçaların mekanik dayanımları ve esneme özellikleri içersinde konan reçine değerine göre değişmektedir. Mukavvemetleri kalınlıklarına bağlı olarak artmakta olup beklenmedik şekilde kırılmalara sebep olabilmektedir. Modülün mekanik motajları yapıldıktan sonra, pedallar nokta kombinasyonlarını göstermek için bir mikroişlemci tarafından kontrol edilen adım (step) motorlarıyla hareket ettirildi. Ancak pedalların Braille görüntüleyicisinin üzreinde hizada gitmesi için açılan yollarda oluşan sürtünmeler ufak adım (step) motorları zorlanmasına ve yanmalarına sebep olmuştur. Pedal kullanılarak elde edilmek istenen mekanik çıktılar elde edilmiştir. Ancak sistemin dayanıklılığı ve tekrarlanabilirliği kullanılan ürünlerin ve malzemelerin özelliklerinden dolayı istenilen seviyeye getirelememiştir. Önerilen yeni Braille sistemi enerji tüketimi ve finansal olarak elektromıknatıs sistemlerinden daha pahalı olmasına rağmen piezo sistemlerine göre daha ucuz kalmaktadır. Sistemin üretimi yaklaşık 150 dolara yaklaşmakta olup, batarya tüketimi sürekli kullanımda 5 saate kadar çıkmaktadır. Aralıksız olarak 17000 defa yeni harf dizisi oluşturabilmektedir. Bu sayıların arttırabilmesi için enerji kaynağının veya pilin enerji kapasitesi arttırılmalıdır. Güç tüketiminin sebep olan parçaların step motor ve elektromıknatısların olduğu düşünüldüğünde bu ürünlerin çalışması güç tüketimlerine değil boyutlarına bağlıdır. Bu yüzden bu parçların değişme koulu sadece dayanımlarının gerçekleştirmediği zaman düşünülebilir. Ayrıca önerilen bu sistemin diğer sistemlerden farkı sistemin taşınabilir olmasıdır. Sistemin üretimi ve testleri esnasında yaşanan problemler kullanılan veya üretilen ürünlerin dayanımlarının fazla olmamasından dolayı kaynaklanmaktadır. Montaj esnasında oluşabilecek en ufak bir geometrik kayma sistemin çalışmamasına sebep olabilmektedir. Bunun için dayanımı ve tork değerleri daha yüksek vida mili bulunduran adım (step) motorları seçilmelidir.

Özet (Çeviri)

This thesis consists of mechanical, electronic methodologies to design a biomedical product. A mobile Braille display is designed for mobile phones where can be carried as a mobile phone cover. Commercially Braille displayers are available with different design and operation concepts. The Braille alphabet is an embossed dot combination that helps blind people to read. Since the 19th century Braille alphabet has been used as static displayers with embossed dots. However, in the last 30 years' industry has come up with the idea to refresh dot positions in order to allow blind people to read fluently without using paper or books covered with dots. Although not all blind populations are able to use these refreshable Braille displayers newer, smaller and more compact Braille displayers are presented in the market. Since mobile phones become a general commodity along with the humankind. The Braille displayers have to be intertwined with mobile phones. The Braille display is designed to take part in mobile phones on a small scale. Therefore, an electromagnet has been designed to operate the dots individually controlled with an input output expender integrated circuits. However, the size of electromagnets has made it impossible to provide electrical efficiency also reproducible on a large scale. Thus a new method has been suggested. Instead of controlling each dot individually a group of dots will be controlled with mechanical constrains to press dots combinations. The text data are taken from the mobile phone via Bluetooth connections. The mechanical constrains in the design created certain problems due to the Braille dot space standards which made the production of the part not possible with contemporary used three dimensional printers. The parts were moved with step motors which are controlled by a microprocessor to display combinations of dots. By decreasing the number of actuators, the lifespan of the Braille device has increased.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    485149

    İnsan-bilgisayar etkileşimli dinamik Braille sisteminin tasarımı

    Human-computer interactive dynamic Braille system design

    AYŞE ELDEM

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2017

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolSelçuk Üniversitesi

    Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. FATİH BAŞÇİFTÇİ

  2. Tez No

    352605

    Dinamik reaktif güç denetleyicisi tasarımı

    Design of dynamic reactive power controller

    ABDULLAH ÖZSAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2013

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGazi Üniversitesi

    Elektrik Eğitimi Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. İBRAHİM SEFA

  3. Tez No

    749108

    Tornalama işleminde kesici takım tutucuları için dinamik titreşim sönümleyici tasarımı

    Design of a dynamic vibration absorber for cutting tool holder in turning process

    SELİM AYKUT

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Makine MühendisliğiKonya Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. METE KALYONCU

  4. Tez No

    786075

    Ön yüzü beton kaplı kaya dolgu barajlarda deprem etkisiyle oluşan oturmalara bağlı olarak dinamik malzeme parametrelerinin tayini ve tasarım parametreleri ile uygunluğun araştırılması

    Determination of dynamic material properties of concrete face rockfill dams based on earthquake-induced settlements and investigating their coherence with the design parameters

    ERGİN ERAYMAN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Deprem MühendisliğiKonya Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MUSTAFA YILDIZ

    DR. ÖĞR. ÜYESİ UĞUR ŞAFAK ÇAVUŞ

  5. Tez No

    284346

    Çok amaçlı dinamik bir güç kaynağı tasarımı

    A design of dynamic power supply for multi-purposes

    MELTEM GÖR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2011

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiAtatürk Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. KÖKSAL ERENTÜRK

Geri Dön