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BETA-BOOK
bɛːta-bʊk
Laurenz Birnbaum, Luca Eichler
Inhalt
1. Einleitung ............................................................................................................................. 2
2. Anmerkung .......................................................................................................................... 2
3. Planung ................................................................................................................................. 3
3.1. Erste Recherchen ...................................................................................................... 3
3.2. Aufgabenverteilung.................................................................................................. 3
4. Projektbeschreibung ....................................................................................................... 4
4.1. Weitere Recherchen ................................................................................................ 4
4.2. Der „Kopf“..................................................................................................................... 4
4.2.1. Die Größe des Kopfes....................................................................................... 4
4.2.2. Der Antrieb........................................................................................................... 5
4.2.3. Das Gehäuse des Kopfes ................................................................................. 6
Das digitale 3D Modell .................................................................................................... 6
Das Gehäuse ........................................................................................................................ 6
Die Kolben............................................................................................................................ 7
4.2.4. Das Material ......................................................................................................... 8
4.2.5. „Ein- und ausfahren“ des Kolben ................................................................ 8
4.2.6. Der Zurückspul-Knopf ..................................................................................... 9
4.3. Die Konsole ............................................................................................................... 10
4.3.1. Die Bedienung .................................................................................................. 10
4.3.2. Die Stromversorgung.................................................................................... 10
4.4. Die Software ............................................................................................................. 11
4.5. Die Hardware........................................................................................................... 13
5. Ausblick ............................................................................................................................. 14
6. Zusammenfassung......................................................................................................... 15
1
1. Einleitung
Ein E-Book für Blinde - was kurios klingt kann blinden Menschen ein großes Stück
an Lebensqualität geben, denn die E-Books die aktuell am Markt zu finden sind,
sind
alles
andere
als
barrierefrei. Auch werden,
wegen des hohen Aufwands,
nur
selten
Bücher
in
Brailleschrift (Blindenschrift)
gedruckt. Um eine Marktlücke
zu füllen, und blinden
Personen den Zugang zur
gesamten Weltliteratur zu
eröffnen, haben wir uns
Ein Buch in Brailleschrift und darauf die textgleiche Originalausgabe für
entschieden ein E-Book für Sehende, zeigt den hohen Aufwand von Büchern in Brailleschrift Quelle:
Wikipedia.org
Blinde, das „β-Book“, zu
entwickeln, ein barrierefreies E-Book speziell für Personen, die mit „normalen“
Büchern bzw. E-Books nichts anfangen können.
Das „β-Book“ besteht aus zwei Teilen, den Kopf und der Konsole. Auf den Kopf
wird die aus sechs ertastbaren Punkten bestehende Blindenschrift, Buchstabe
für Buchstabe dargestellt. Dies geschieht über sechs Kolben die sich elektrisch
ein- (nicht ertastbar) und ausfahren (ertastbar) können. Der zweite Teil, die
Konsole steuert die im „Kopf“ sitzenden Kolben. Außerdem sitzen in ihr der
Speicher, Akku und die Steuerungsplatine. Bespielt wird das „β-Book“ mit einer
extra von uns blindengerecht programmierten Software.
2. Anmerkung
Das Projekt „β-Book“ ist ein außerschulisches Projekt, das heißt wir haben es
ausschließlich in unserer Freizeit und ohne Hilfe von Lehrern, Eltern oder
anderen Personen fertiggestellt.
2
3. Planung
3.1. Erste Recherchen
Am Beginn mussten wir recherchieren, ob es etwas Vergleichbares wie das „βBook“ bereits gibt. Nachdem wir etliche Patentarchive auf nationaler und
internationaler Ebene durchsucht hatten, konnten wir feststellen, dass es ein
blindenfreundliches E-Book tatsächlich noch nicht gibt.
3.2. Aufgabenverteilung
Da wir mit nur zwei Personen eine eher kleine Projektgruppe bilden, gestaltete
sich die Aufgabenverteilung recht einfach. Luca kennt sich sehr gut mit
Computern und Programmieren aus. Seine Aufgabe ist es, die blindenfreundliche
Software zum Bespielen des β-Books, und die Steuerung zu entwickeln. Meine
[Laurenz] Aufgabe ist das „Physikalische“, also das zum „Angreifen“. Meine
Herausforderung ist es, ein Gerät zu entwickeln, welches die Brailleschrift schnell
und klar darstellen kann.
3
4. Projektbeschreibung
4.1. Weitere Recherchen
Die sogenannte „Brailleschrift“ wurde 1825 von dem blinden Franzosen „Louis
Braille“ erfunden. Sie besteht aus sechs Punkten, die wie auf der 6er Seite eines
Würfels angeordnet sind. Je nachdem welcher Punkt ausgestanzt ist, bildet sie
einen Buchstaben. Besonders häufig ist die Brailleschrift auf
Medikamentenpackungen zu finden.
Nun zurück zu unserem Projekt. Der Grundgedanke ist, dass
sich in einem Radiergummi-großem „Kopf“ sechs kleine
„Kolben“ (Ø=2mm) unabhängig voneinander ein- und
ausfahren können. Dieser „Kopf“ wird anschließend über
den Finger geschnallt. Da der Kopf möglichst klein sein soll,
gibt es noch die „Konsole“, die mit einem Kabel mit dem
Kopf verbunden ist. In ihr sitz die Steuerungsplatine und der
Akku.
Anordnung der Punkte bei
der Braille Schrift.
Quelle: Wikipedia.org
4.2. Der „Kopf“
Der sicherlich anspruchsvollste Teil meiner Aufgabe war das Designen des
„Kopfes“. In diesem Absatz werde ich beschreiben wie dieses sehr kleine und
filigrane, aber dennoch sehr wichtige Teil, entstanden ist.
4.2.1.
Die Größe des Kopfes
Eine wichtige Frage die wir
uns zu Anfang stellen
mussten, war wie groß die
Kolben sein sollten, das
Ausmaß des diagonalen
Abstands zwischen den
Kolben, wie hoch der
horizontale sein sollte etc.
Zum Glück gibt es, wie für
nahezu
alles
im
deutschsprachigen
Raum,
Die Brailleschrift nach DIN 32984 Quelle: label-bar.net
4
auch hierfür eine Norm, und zwar die DIN 32984 (siehe oben). Nach dieser Norm
richteten wir uns bei unserem Projekt, allerdings mussten wir den
„Kolbendurchmesser“ und den „Kolbenabstand“ um 0,5mm erweitern, um den
Antrieb für die „Kolben“ unterbringen zu können, was in der Realität aber kaum
auffällt (siehe später).
4.2.2.
Der Antrieb
Zuerst musste ein passender Antrieb gefunden werden, der die „Kolben“ ausbzw. einfahren lässt. Unser erster Gedanke war es, einen Elektromagneten zu
verwenden. Diese sind kostengünstig und energieeffizient, aber leider auch sehr
groß. Die kleinsten Elektromagneten gibt es
sogar im Spezialhandel erst ab einem Ø von
10mm, was viel zu groß für unseren sehr
kleinen „Kopf“ ist. Daher mussten wir uns
eine andere Methode suchen. Die Lösung
war, einen sehr kleinen Elektromotor zu
verwenden,
der
normalerweise
im
Modellbau Anwendung findet. Dieser soll
Der angewandte Motor mit einer 1 € Münze
mittels einer Schraube und Mutter den
„Kolben“ nach oben „schrauben“ (siehe später). Dieser Elektromotor, hat einen
Durchmesser von 6mm und eine sehr hohe Drehzahl und ist daher sehr gut für
unser Unterfangen geeignet.
Ein Ø von 6mm, ist recht gut, aber leider immer noch um einiges zu groß, denn
pro Motor bleiben nur ungefähr ~3mm
Platz. Daher mussten wir die Motoren,
wie wir es nannten „stapeln“ (siehe Skizze
rechts). Das heißt, Motor № 2 ist über
Motor № 1 und 3 angebracht, und auf der
anderen Seite mit Motor № 4,5 und 6 das
gleiche, nur umgekehrt. Dadurch hat jeder
Motor etwas mehr als 6mm Platz, und
passt dadurch in den „Kopf“, das steigert
Das „Stapeln“ der Motoren
zwar die Höhe des „Kopfes“ macht ihn aber dafür weniger breit und lang.
Allerdings mussten wir, wie schon oben erwähnt, den DIN Standard um 0,5mm
5
pro „Kolben“ und „Kolbenabstand“ erweitern, da sonst zu wenig Platz gewesen
wäre. Allerdings fällt das in der Realität kaum auf.
4.2.3.
Das Gehäuse des Kopfes
Das Gehäuse und die Kolben müssen natürlich auch hergestellt werden. Hierfür
verwendeten wir einen online 3D-Druck Service
namens
„Shapeways.com“.
Bei
der
USAmerikanischen Firma „Shapeways.com“ lädt man
ein selbst gezeichnetes 3D-Modell hoch, wählt ein
Shapeways.com, ein online 3DMaterial aus, aus dem das Modell gedruckt werden
Druckdienst Quelle: Screenshot von
shapeways.com
soll, und 2-3 Wochen später hat man sein
ausgedrucktes Modell im Briefkasten.
Das digitale 3D Modell
Zuerst musste der „Kopf“ am Computer in 3D Das 3D-Zeichenprogramm „SketchUp“
Quelle: Screenshot von sketchup.com
gezeichnet werden. Wir benutzten für diese
Aufgabe das kostenlose Programm „SketchUp“
von Google. Diese Software gehört unseres
Erachtens zu den Besten im kostenlosen
Bereich, und ist verhältnismäßig einfach zu verwenden.
Das Gehäuse
Zuerst musste das Gehäuse geplant werden (Abb. 1), in dem die Motoren und
Kolben verbaut sind. Das Gehäuse ist
16mm lang, 12mm breit und 38mm hoch.
Abb. 1 Das Gehäuse, Seitenansicht mit
durchsichtigen Wänden
Auf Abb. 2 sind schön runde
Ausbuchtungen zu erkennen. Die
Abb. 2 Vogelperspektive auf das Gehäuse
6
Ausbuchtungen
enstprechen
passgenau dem Durchmesser der
Motoren, die hier später angebracht
werden. Auf Abb. 3 ist die Unterseite
des Gehäuses zu sehen, die stark der
6er Seite eines Spielewürfels ähnelt.
Aus diesen Löchern werden später
die Kolben ein- und ausfahren.
Abb. 3 Das „ausgedruckte“ Gehäuse
Die Kolben
Wie schon oben erwähnt stehen die Motoren in einer unterschiedlichen
Entfernung zu den Löchern auf der Unterseite aus denen die Kolben ein- und
ausfahren. Daher benötigt man zwei unterschiedlich lange Kolben, drei mal
„kleine“ und drei mal „große“ Kolben.
Abb. 6 Querschnitt des Gehäuses mit eingebauten Kolben
Abb. 5 Querschnitt des Gehäuses mit Kolben
Die „kleinen“ Kolben
Der „kleine“ Koben ist rund, 3mm lang und
besitzt eine sechseckartige Einbuchtung auf der
Oberseite,
aber
später mehr über
diese Eigenschaft.
Außerdem besteht
er aus 2 Teilen,
einem dickeren Teil v. l., großer und kleiner Kolben ohne Mutter,
und kleiner Kolben mit Muttern und
mit
einem großer
Metallstift (unten)
Durchmesser von
Abb. 4 Der „kleine“ Kolben aus
6mm und der sechseckartigen Einbuchtung, und der
der Seitenperspektive
7
untere Teil mit einem Durchmesser von 2mm. Der obere („große“) Teil wird
später nicht zu sehen sein, denn er steckt in dem Gehäuse.
Der untere („kleine“) Teil wir als einziger zu sehen sein, denn
er ist der Teil der, je nachdem welcher Buchstabe gerade
dargestellt wird, ertastbar sein wird.
Die „großen“ Kolben
Wie schon oben erwähnt gibt es zusätzlich zu den 3 „kleinen“
Kolben auch 3 „große“ Kolben. Diese sind exakt gleich wie
ihre kleinen Brüder, nur dass sie statt 3mm 9mm lang sind.
4.2.4.
Das Material
Abb. 7 Ein „großer“
Kolben
Da das Model fertig gezeichnet ist muss es nur noch gedruckt werden. Wie oben
erwähnt ließen wir unser Modell von „shapeways.com“ ausdrucken. Jetzt
mussten wir nur noch ein Material
wählen, aus dem unser E-Book für Blinde
gedruckt werden soll. „Shapeways.com“
bietet eine Vielzahl von verschiedenen
Materialien,
die
unterschiedliche
Eigenschaften besitzen. Wir benötigten
Das Material „Frosted Details“ Quelle: Screenshot von
shapeways.com
einen stabilen Stoff, der sich sehr genau
drucken lässt. Nachdem wir alle Materialien miteinander verglichen haben,
entschieden wir uns für das Material „Frosted Details“ aus. Das ist eine spezielle,
mit UV Licht gehärtete Plastikart, die auf 0,025-0,05mm genau gedruckt werden
kann und ist daher perfekt für unser Projekt.
4.2.5.
„Ein- und ausfahren“ des Kolben
Wie schon erwähnt lässt sich jeder von den sechs
Kolben unabhängig voneinander ein- und aus
fahren. Die benötigte Kraft wir von den kleinen
Motoren aus Punkt 2 bereitgestellt. In diesem
Absatz werde ich erklären wie der Motor die Kolben
aus- bzw. einfahren lässt.
Abb. 8 Die verwendete Schraube mit einer 1€
Münze
8
Der Motor „schraubt“ die Kolben sozusagen nach oben, denn die Welle des
Motors ist mit einer kleinen Schraube
(Abb. 8)(Ø= 2,8mm) durch einen
Abb. 9 Die verwendete Mutter mit
einer 1€ Münze
Schrumpfschlauch verbunden. Die Kolben
haben,
wie
beschrieben,
eine
sechskantige Ausbuchtung am oberen
Ende. In diese Ausbuchtung wir die
Abb. 10 Der Motor verbunden mit dem Metallstift und
dazugehörige Mutter (Abb. 9) befestigt. großem Kolben mit Mutter
Wenn sich die Nabe des Motors anfängt zu drehen, dreht sich die Schraube mit.
Und durch die Drehbewegung wird die Mutter einen halben Millimeter nach
oben befördert, und mit ihr der Kolben. Da unser Motor sehr schnell ist, passiert
dieser Vorgang in einem Sekundenbruchteil, so können die Buchstaben schnell
und energieeffizient dargestellt werden. Auf Abb.10 ist die ganze Apparatur
abgebildet, von der anschließend 6 Stück in das Gehäuse verbaut werden.
4.2.6.
Der Zurückspul-Knopf
Während Sie diesen Text gelesen haben, haben Sie wahrscheinlich einige Male
eine Wort bzw. einen Satz zwei Mal gelesen weil Sie sich verlesen oder etwas
nicht verstanden haben. Damit dies auch mit dem „β-Book“ möglich ist, haben
wir auf der Rückseite des „Kopfes“ einen kleinen Knopf angebracht mit dem
man, wenn man ihn drückt, zum letzten Satzzeichen oder weiter zurückspulen
kann.
9
4.3. Die Konsole
Die Konsole ist eine Box, in der die
Steuerungsplatine, der Speicher und
die Hauptbedieneinheit verbaut sind
(siehe Bild rechts). Die Konsole ist mit
einem Kabel mit dem Kopf verbunden
und steuert darüber die im Kopf
verbauten Motoren.
4.3.1.
Die Bedienung
4
3
2
1
Abb. 11 Die Konsole
Um die Bedienung möglichst einfach und damit blindenfreundlich zu gestalten,
haben wir in der Konsole 3 Schalter, die sich stark von der Größe und Form
unterscheiden, und einen Drehknopf eingebaut (siehe Abb. 11). Diese
Bedienelemente haben folgende Aufgaben:




Nr. 1 Der Ein- und Ausschalt-Knopf, mit ihm wird das „β-Book“ ein- bzw.
ausgeschalten
Nr. 2 Der Geschwindigkeitsregler, durch Drehen des Metallstiftes lässt
sich einstellen wie lang die Buchstaben am „Kopf“ dargestellt werden.
Nr. 3 Die Wähltaste, mit ihr bewegt man sich durch die verschiedenen
Einstellungen, also zum Beispiel welches Buch man lesen will.
Nr. 4 Die Eingabetaste, wenn man zum Beispiel mit der Wähltaste ein
Buch ausgewählt hat, kann man dieses mit der Eingabetaste bestätigen,
und das Buch beginnt sich abzuspielen.
4.3.2.
Die Stromversorgung
Der benötigte Strom wird durch einen 9V Lithium Ionen Block Akku
gewährleistet. Lithium Ionen Akkus sind
sehr leicht und klein, was sie für unsere
Zwecke perfekt macht.
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4.4. Die Software
Die Software für das Projekt wird, wie alle Arduino-Projekte in Java, einer sehr
vielseitigen
und
weit
verbreiteten,
Programmiersprache
geschrieben. Dazu wird das
Open-Source-Programm
ArduinoIDE, das direkt von
den
Entwicklern
der
Arduino-Boards entwickelt
wird, verwendet. Das hat
den Vorteil, dass der
Kostenfaktor
der
Entwicklungsumgebung
entfällt und somit die
Geräte preiswerter werden.
Die
BetaBook-Software
besteht im Prinzip aus zwei
selbst
geschriebenen
Programmen: BetaConnect
und BetaOnBoard.
BetaConnect
oder
Betabook-Connect wird der Teil der Software
genannt, der am PC installiert wird. Diese
Software wird, um Plattformunabhängigkeit
sicherzustellen und außerdem mit PCScreenreadern kompatibel zu sein, ebenfalls in
Java entwickelt. Dieses Programm wird dazu
verwendet, Bücher in ein für die Software
lesbares Format zu konvertieren und auf das
Arduino-Board über ein handelsübliches USBKabel zu überspielen. Außerdem werden Updates
für BetaOnBoard über den PC installiert und
Einstellungen vorgenommen.
BetaOnBoard ist der Teil der Software, der direkt
auf das Arduino-Board installiert wird, durch
einen einfachen Knopfdruck gestartet werden
kann und komplett ohne Maus, Tastatur und
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Bildschirm läuft. Über ihn werden Bücher von der SD-Karte, die im Gerät
befestigt wird geladen, eingelesen und ausgegeben. Bücher können durch zwei
Buttens ausgewählt werden; auch innerhalb des Buches ist eine blinde
Navigation möglich. Außerdem kann man die Geschwindigkeit, mit der die Worte
dargestellt werden einstellen.
Konzeptgrafik der Softwarestruktur
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4.5. Die Hardware
Das Grundgerüst zu unserem Projekt bildet der kostengünstige Arduino
Leonardo. Arduino ist eine italienische Firma, die sich auf die Entwicklung von
sogenannten Einplatinencomputern spezialisiert hat. Diese Computer sind sehr
klein und voll konfigurierbar. Die Vorteile an diesem Einplatinencomputer sind:

Die
Größe:
Dadurch dass das
Board sehr klein ist
können platzsparende
und portable Geräte
hergestellt werden.

Die Modularität:
Durch die vielen,
“Shield” genannten,
Erweiterungsplatinen
können die Geräte
vielseitig ausgestattet
werden.

Der Preis: Durch
den Preis von maximal
€ 20 ist der Arduino Leonardo natürlich einwandfrei für unser Projekt geeignet.
Mit dem Arduino werden einerseits durch I/O-Kabel die Motoren und die
Buttons, andererseits durch ein Micro-USB-Kabel der Computer mit der
BetaConnect-Software verbunden.
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5. Ausblick
Momentan haben wir einen Prototyp fertiggestellt, allerdings ist die ganze Arbeit
damit noch lange nicht getan. Wir wollen z.B. die Größe des Kopfes noch mehr
verkleinern, eine noch bessere Software entwickeln, die Akkulaufzeit verlängern
und und und… Unser Ziel ist es, das „β-Book“ gemeinsam mit einer blinden
Person zu testen und laufend zu verbessern… Unser größter Traum wäre es dann
noch das „β-Book“ auf den Markt zu bringen.
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6. Zusammenfassung
Das „β-Book“ ist ein E-Book für Blinde, auf dem die sogenannte „Brailleschrift“
elektrisch dargestellt wird. Es kann Blinden den Zugang zur gesamten
Weltliteratur ermöglichen, da es mit ganz normalen E-Books bespielt werden
kann, und man nicht mehr auf die teuren und großen Brailleschrift Bücher
zurückgreifen muss.
Es besteht aus einem Kopf, der um den Finger geschnallt wird und auf dem die
Brailleschrift dargestellt wird, und die Konsole, die mit einem Kabel mit dem
Kopf verbunden ist. In der Konsole sitzen die Steuerungsplatine, Speicher, Akku
und die Hauptbedienelemente, außerdem steuert er den Kopf.
Außerdem haben wir eine Software geschrieben, mit der sich einfach, und vor
allem blindengrecht das β-Book bespielen lässt. Diese Software ist des Weiteren
kompatibel mit Screenreadern (Programme die den Text am Bildschirm
vorlesen), und kann daher problemlos von Blinden bedient werden.
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