JOURNAL BOLIVIANO DE CIENCIAS – Vol. 19– Número 54
ISSN Digital: 2075-8944 ISSN Impreso: 2075-8936
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Citar como: Condarco
Calderon, Y. Dispositivo
electrónico para apoyar
el aprendizaje inicial de
lectura Braille Journal
Boliviano De Ciencias,
19(54). 62-77 https://doi.
org/10.52428/20758944.
v19i54.990
Revisado: 18/09/2023
Aceptado: 04/12/2023
Publicado: 20/12/23
Declaración: Derechos de
autor 2023 Yamil Condarco
Calderon, Esta obra está bajo
una licencia internacional
Creative Commons Atribución
4.0.
Los autores/as declaran no tener
ningún conicto de intereses
en la publicación de este
documento.
Proyecto de Ingeniería Aplicada
Dispositivo electrónico para apoyar el aprendizaje inicial
de lectura Braille
Electronic device to support the initial learning of Braille Reading
Yamil Condarco Calderón
Titulado en Ingeniería Electrónica. Universidad Privada del Valle. La Paz. Bolivia. ccy2018577@
est.univalle.edu
RESUMEN
En este artículo se presenta el diseño de un dispositivo electrónico para el apoyo
del aprendizaje de lectura de caracteres braille. El sistema de lectoescritura
braille permite a las personas con discapacidad visual interactuar con su entorno
sin la necesidad de un externo. La nalidad del dispositivo es apoyar a los
instructores en el proceso de lectura de los caracteres braille mediante el uso
de una aplicación móvil Android que permita aprender los caracteres braille
de manera secuencial y también practicar lo aprendido, una base de datos
para realizar el seguimiento y un dispositivo simulador de caracteres braille.
El dispositivo simulador braille fue diseñado mediante impresión 3D y se
comunica con el dispositivo móvil inalámbricamente, se utilizó una base de
datos con acceso mediante web y conexión fuera de la red de área local LAN
(en inglés: ‘Local Area Network’, conocido como LAN) mediante el uso de
una red privada virtual VPN (en inglés: ‘Virtual Private Network’, conocido
como VPN) para lograr registrar y dar seguimiento del uso del dispositivo. Se
logró diseñar un dispositivo que permita apoyar en el proceso de aprendizaje de
lectura braille, se realizaron prueba y en coordinación con la regional La Paz del
Instituto Boliviano de la Ceguera se obtuvieron recomendaciones que permitirán
mejorar el desempeño del dispositivo braille a futuro.
Palabras clave: Aplicación Android. Dispositivo Electrónico. Impresión 3D.
Lectura Braille. Discapacidad Visual.
ABSTRACT
This article presents the design of an electronic device to support learning to read
braille characters. The braille literacy system allows visually impaired people to
interact with their environment without the need for an outsider. The purpose of
the device is to support instructors in the process of reading braille characters
through the use of an Android mobile application that allows learning braille
characters sequentially and also practicing what has been learned, a database to
track and a braille character simulating device. The braille simulator device was
designed by 3D printing and communicates wirelessly with the mobile device,
a database with web access and connection outside the local area network LAN
(in English: ‘Local Area Network’, known as LAN) was used by using a VPN
virtual private network (in English: ‘Virtual Private Network’, known as VPN) to
achieve record and track the use of the device. It was possible to design a device
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that allows support in the braille reading learning process, tests were carried out
and in coordination with the regional La Paz of the Bolivian Institute of Blindness,
recommendations were obtained that will improve the performance of the braille
device in the future.
Keywords: Android Application. Braille Reading. Electronic Device. Visual
Disability. 3D Printing.
1. INTRODUCCIÓN
El sistema de lectoescritura braille permite a las personas con discapacidad visual
realizar una comunicación con la sociedad y su entorno sin la necesidad de un
externo, el braille se puede encontrar en muchos sitios con mayor frecuencia,
por ejemplo, en: ascensores, tarjetas de recarga de saldo, puertas de ingreso o
incluso billetes dependiendo el país. Conocer, practicar y fomentar el sistema de
lectoescritura braille es importante para una adecuada integración de las personas
con discapacidad visual en la sociedad. La alfabetización braille es leer, comprender
y escribir en braille (Braille Works, 2022). El braille es un medio de comunicación
para las personas con discapacidad visual como se reeja en el artículo 2 de la
Convención sobre los Derechos de las Personas con Discapacidad y es esencial
para la educación, la inclusión y la cultura. (NACIONES UNIDAS, 2006).
“Todas las personas, si viven lo suciente, experimentarán en su vida al menos
una enfermedad ocular que requerirá la atención adecuada. En todo el mundo,
por lo menos 2.200 millones de personas padecen deciencia visual o ceguera”.
(Organización Mundial de la Salud, 2020). En Bolivia, según el último censo
realizado en 2012 por el Instituto Nacional de Estadística, INE, se tiene que la
totalidad de personas con alguna dicultad permanente es de 342.919 (INE, 2012),
del cual un 47% pertenece a las personas con limitaciones para ver (ceguera o baja
visión).
“El braille es esencial para la alfabetización y el aprendizaje permanente de los
ciegos, para su libertad de expresión y opinión, así como para su inclusión social”.
(Unión Mundial de Ciegos, 2021). El sistema de lectoescritura braille permite
que las personas con discapacidad visual puedan desarrollar la lectoescritura por
medio del tacto y de este modo poder acceder a las posibilidades que brinda el
conocimiento. “El sistema de lectoescritura braille es el medio más directo y seguro
para acceder a la comunicación escrita y, en consecuencia, a las tecnologías y a la
información en distintas áreas del conocimiento”. (Ministerio de Educación, 2013)
“El braille es indispensable para las personas con discapacidad visual (no
olvidemos que, entre otras cosas, hace posible el acceso a las nuevas tecnologías).
Es conveniente matizar que es posible que las propiedades del tacto limiten la
velocidad lectora, pero no la comprensión. Hay muchas personas ciegas que
declaran que cuando quieren de verdad entender algo y profundizar en ello,
preeren leerlo directamente por el tacto.” (Martinez-Liébana & Polo Chacón,
2004). La lectura táctil es un proceso de síntesis, va de lo signicativamente más
simple, letra, numero, símbolo, sílaba, a lo más complejo, palabra, frase. (Alonso,
y otros, 2015). Es importante que el estudiante del sistema de lectoescritura braille
comience aprendiendo los caracteres de este, gracias a ello se podrá tener la base
para un aprendizaje a mayor profundidad.
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Se diseñó y construyó un dispositivo electrónico que permite apoyar en el proceso
inicial del aprendizaje de sistema de lectoescritura braille, para ello se realizó un
mecanismo que permite desplegar los caracteres del sistema de lectoescritura braille
utilizando servomotores que son controlados mediante un microcontrolador, este
último obedece las órdenes dadas pon una aplicación móvil previamente diseñada,
la comunicación entre ambas es de manera inalámbrica. Se cuenta también con una
base de datos donde se almacena el fecha y hora del inicio de sesión.
2. METODOLOGÍA
La metodología desarrollada en el presente proyecto es experimental debido a que
se hizo un análisis de prototipo por fases tomando en consideración el diseño y
rediseño del dispositivo en relación con los resultados del prototipo logrando así
una simulación experimental. Se realizó el diseño del mecanismo braille utilizando
el software Autodesk Fusion 360 y en base a las dimensiones recomendadas en el
Documento técnico B1: Parámetros dimensionales del braille de la Organización
Nacional de Ciegos Españoles. Utilizando el software UltiMaker Cura se aumentó
el tamaño de las piezas a una escala 3:1 para su posterior impresión en 3D. La
aplicación Android fue desarrollada en Android Studio utilizando Java como
lenguaje de programación.
2.1 ANÁLISIS DE REQUERIMIENTOS
Para que el proyecto se pueda comunicar con la persona con discapacidad visual
es necesario contar con un medio auditivo que permita dicha comunicación, el
proyecto contempla letras y signos de puntuación para el aprendizaje. Se cuenta con
un modo que permite a la persona con discapacidad visual practicar lo aprendido.
Se registra en una base de datos la fecha y hora del último ingreso a la aplicación,
se realiza el registro bajo cualquier condición de red con acceso a internet.
2.2 DISEÑO DE ALTO NIVEL
Se tiene un servidor (Base de Datos, Web y VPN) que se comunica de manera
inalámbrica con la aplicación Android para que esta pueda cargar y descargar
datos del servidor. La aplicación Android, utilizando Bluetooth, se comunica
inalámbricamente con el microcontrolador que controla el mecanismo de
despliegue de caracteres braille como se observa en la Figura N°1.
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Figura N° 1
Diagrama de bloques del proyecto
Fuente: Elaboración Propia, 2023.
2.2.1 SERVIDOR
Se realizó el diseño de un servidor base de datos que permite registrar y almacenar
la información de la persona con discapacidad visual. Para consultar mediante una
página web los datos almacenados se realizó un servidor web. Es necesario que el
servidor base de datos y web permita una conexión con usuarios fuera de la red
local, para ello se utilizó un servidor VPN.
2.2.2 APLICACIÓN ANDROID
La aplicación Android puede comunicarse con el servidor de datos para vericar
que solamente personas cuyo usuario y contraseña sean correctas, tengan acceso a
los recursos de la app. También permite una comunicación con el microcontrolador
para el control del mecanismo de despliegue de caracteres braille.
2.2.3 MICROCONTROLADOR
El microcontrolador puede controlar los actuadores del mecanismo braille a
solicitud de la aplicación Android.
2.2.4 MECANISMO DE DESPLIEGUE CARACTERES BRAILLE
El mecanismo de despliegue braille permite cualquier combinación posible del
símbolo generador braille. Dicho mecanismo toma como base las dimensiones
recomendadas para los caracteres.
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2.3 DISEÑO DE BAJO NIVEL
2.3.1 SERVIDOR
2.3.1.1 VPN: ZeroTier
Para realizar una conexión remota fuera de la red LAN (Local Area Network), fue
necesario el uso de una red VPN (Virtual Private Network). Para este propósito se
seleccionó la VPN ZeroTier debido a que no necesita apertura de puertos de red en
comparación a otras alternativas como One VPN.
2.3.1.1.1 Creación de red ZeroTier
Para la creación de la red VPN mediante ZeroTier, es necesario contar con una
cuenta en su plataforma, se debe crear una cuenta y registrarla utilizando un correo
electrónico en su página web https://www.zerotier.com/. Realizado el registro, se
procedió a la creación de la red mediante el botón “Create A Network”.
2.3.1.1.2 Instalación de ZeroTier en Raspberry Pi 4
Para la instalación de la VPN ZeroTier en la Raspberry, se selecciona la página
de descarga de ZeroTier (https://www.zerotier.com/download/). Para la Raspberry
es necesario buscar el apartado LINUX (DEB/RPM) y copiar la línea de código
correspondiente a GPG. Una vez nalizado el proceso, se ingresa el comando
“sudo systemctl enable zerotier-one” para habilitar la VPN. Se vuelve a la página
de ZeroTier donde se tiene nuestra red y se copia el ID. Para unirnos a la red VPN,
se deberá ingresar el siguiente código con la ID de la red “Sudo zerotier-cli join
ID_RED_VPN”. Se debe autorizar el acceso a la red mediante el centro de control
de la red ZeroTier. Para vericar, con la conexión establecida mediante PuTTY se
ingresa el siguiente código “sudo zerotier-cli listnetworks”.
2.3.1.1.3 Instalación de ZeroTier en dispositivo Android
Se instaló la aplicación ZeroTier One en los dispositivos Android para que también
puedan acceder a la red VPN. Una vez instalada la aplicación, se añadió y activó
la red VPN del proyecto, se debe autorizar la conexión en el centro de control
ZeroTier. Una vez concedido los permisos y activada la red VPN, se debe realizar
una conguración adicional para permitir que la red VPN también funcione
mediante el uso de datos móviles, para ello se debe hacer clic en “Use Cellular
Data”. Para habilitar la comunicación entre dispositivos con conexión de datos
móviles, se debe activar la opción “ZeroTier RFC4193(/128 for each device)” en
la web ZeroTier.
2.3.1.1.4 Instalación de ZeroTier en ordenador (PC o Laptop)
Para la instalación de la VPN ZeroTier en ordenador, se debe descargar e instalar
la aplicación desde la página web de ZeroTier. Con la aplicación abierta, se debe
copiar el “Network ID” de ZeroTier y pegarlo en la casilla ubicada a la izquierda
del botón “Join Network” para después pulsar sobre este último. En el centro de
control de ZeroTier (Web), se autoriza el acceso, se ingresa su correspondiente
descripción y nombre.
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2.3.1.2 Servidor Web
Se eligió APACHE2 como servidor web, para proceder con la instalación de
APACHE2, se debe ingresar el comando “sudo apt install apache2” en la Raspberry
Pi mediante PuTTY. Para nalizar se instaló el lenguaje PHP, para ello se debe
ingresar el comando “sudo apt install php” en la Raspberry Pi
2.3.1.3 Servidor Base de Datos
Para instalar el servidor de datos se debe ingresar el comando “sudo apt install
mariadb-server php-mysql”, la ejecución de este comando inicia la instalación
del Sistema de gestión de base de datos MariaDB. Se debe reiniciar el servidor
APACHE2 para que se reejen los cambios realizados, para ello se ingresa el
comando “sudo service apache2 restart”. Posteriormente “sudo mysql_secure_
installation”, este comando permite mejorar la seguridad de la instalación de
MariaDB y a su vez la posibilidad de establecer una contraseña para la cuenta
raíz. phpMyAdmin es una herramienta gratuita, que permite acceder a todas las
funciones de la base de datos mediante una interfaz web, se procede a instalar
phpmyadmin mediante el comando “sudo apt install phpMyAdmin”. En la base de
datos creada anteriormente, se debe crear una nueva tabla e indicar el número de
columnas. Una vez creada la tabla “usuarios”, se procede a dar propiedades a las
columnas.
2.3.2 APLICACIÓN ANDROID
2.3.2.1 Creación de aplicación usando Android Studio
Se creó la aplicación utilizando un API 23 bajo el nombre de Dispositivo Braille.
Se utilizó es el entorno de desarrollo integrado (IDE) ocial para el desarrollo de
aplicaciones para Android (Google Developers, 2022). La primera Activity permite
iniciar sesión y registrar la fecha y hora de ingreso. La segunda Activity permite
seleccionar el dispositivo braille y elegir entre los 4 modos disponibles (secuencial
letras, secuencial símbolos, práctica letras, práctica símbolos).
2.3.2.2 Primera Activity: Inicio de Sesión
La primera activity tiene como nalidad registrar en la base de datos el ingreso a
la aplicación solamente para usuarios autorizados, en caso de intentar ingresar un
usuario que no se encuentre en la base de datos “usuarios”, este no podrá ingresar
a la aplicación y se emitirá una alerta mediante altavoz. Se debe emitir mediante
parlantes indicaciones auditivas que indiquen el estado de autorización de ingreso.
En caso de ingresar un usuario registrado en la base de datos “usuarios”, la
aplicación inicia la segunda activity.
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Figura N° 2
Primera Activity
Fuente: Elaboración Propia, 2022.
2.3.2.3 Segunda Activity: Conexión Bluetooth y Modos
La segunda activity tiene como nalidad el establecer una comunicación entre
el dispositivo móvil Android y el dispositivo braille utilizando la comunicación
Bluetooth. Una vez establecida la comunicación, el código realizado permite la
selección del modo a utilizar (Secuencial Abecedario, Secuencial Símbolos,
Practica Abecedario, Practica Símbolos), también cuenta con un botón táctil para
regresar al menú inicial de selección de modo. Para poder obtener los permisos y
conguraciones necesarias para el objetivo de la activity es necesario modicar el
archivo Android maniest.
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Figura N° 3
Segunda Activity
Fuente: Elaboración Propia, 2022.
2.3.3 MICROCONTROLADOR
El microcontrolador tiene como objetivo recibir datos del dispositivo móvil
Android mediante comunicación Bluetooth, dependiendo el valor recibido se debe
realizar una acción correspondiente utilizando los servomotores para emular los
puntos altos y bajos de la celda braille. El código fue compilado bajo la plataforma
Arduino IDE.
2.3.4 MECANISMO DE DESPLIEGUE CARACTERES BRAILLE
Para el diseño del mecanismo de despliegue braille se deberán tomar las
dimensiones mencionadas en la Figura N° 4. La escala utilizada es de 3:1, esta
escala está relacionada con las características de la impresora 3D (ancho de línea y
altura de capa). Una menor escala implica mejores características de impresora 3D,
mayor tiempo de impresión y mejor acabado.
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Figura N° 4
Dimensiones caracteres braille
Fuente: (Comisión Braille Española, 2014)
2.3.4.1 PIN BRAILLE
El pin braille tiene como objetivo principal el simular un carácter braille. Esta pieza
tiene contacto directo con la persona con discapacidad visual.
Figura N° 5
Diseño Pin braille Final
Fuente: Elaboración Propia, 2022.
2.3.4.2 DESLIZANTE
2.3.4.2.1 Deslizante izquierdo
El deslizante izquierdo permite modicar la altura de los 3 pines braille de la
primera la del caracter, esta pieza utiliza una cremallera para modicar su posición
en relación con el movimiento giratorio del engranaje conducido.
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Figura N° 6
Diseño Deslizante Izquierdo Final
Fuente: Elaboración Propia, 2022.
2.3.4.2.2 Deslizante derecho
El deslizante izquierdo permite modicar la altura de los 3 pines braille de
la segunda la del caracter, esta pieza utiliza una cremallera para modicar su
posición en relación con el movimiento giratorio del engranaje conducido.
Figura N° 7
Diseño Deslizante Derecho Final
Fuente: Elaboración Propia, 2022.
2.3.4.3 ENGRANAJES
Se usa la conguración tren de engranajes compuestos donde se tiene un engranaje
conductor y engranaje conducido compuesto para aumentar el número nal de
vueltas que se puede obtener usando los grados del servomotor. Esta conguración
se aplica para cada deslizante
2.3.4.3.1 Engranaje conductor
El engranaje conductor se acopla al servomotor y permite realizar un movimiento
giratorio en el engranaje conducido dependiendo los grados del servomotor.
Figura N° 8
Diseño Engranaje Conductor
Fuente: Elaboración Propia, 2022.
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2.3.4.3.2 Engranaje conducido
Se tiene un engranaje conducido compuesto que permite mantener el sentido de
giro del engranaje conductor y aumentar el número de vueltas para transformar el
movimiento giratorio a uno lineal utilizando al deslizante braille.
Figura N° 9
Diseño Engranaje Conducido
Fuente: Elaboración Propia, 2022.
2.3.4.4 CAJA DE CELDA BRAILLE
La celda braille permite tener los pines braille correctamente alineados y con
las distancias entre si de acuerdo con los parámetros dimensionales del braille.
Mediante los oricios laterales, permite añadir el eje para los engranajes y
alinearlos con los deslizantes.
Figura N° 10
Diseño Caja de Celda braille Final
Fuente: Elaboración Propia, 2022.
2.3.4.5 PORTASERVO
El portaservo permite jar el servomotor al dispositivo. Se diseñó esta pieza
separada de la caja de celda braille de modo que permita utilizar esta última con otro
actuador que no sea un servomotor sin la necesidad de rediseñar todo nuevamente.
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Figura N° 11
Diseño Portaservo Final
Fuente: Elaboración Propia, 2022.
2.3.4.6 CHASIS
El chasis del dispositivo permite tener en su interior: todas las piezas
diseñadas, el microcontrolador, los servomotores y el conector de
alimentación del dispositivo.
Figura N° 12
Diseño de Chasis Final
Fuente: Elaboración Propia, 2022
3. RESULTADOS
Sé logro diseñar un dispositivo electrónico que permita apoyar en el proceso inicial
de aprendizaje de la lectura de los caracteres braille. Se tiene una página web donde
se puede consultar los datos almacenados en la base de datos del Raspberry Pi
4. La aplicación Android controla al dispositivo braille utilizando la tecnología
Bluetooth e interactúa con la persona con discapacidad visual a través del control
táctil en la pantalla y mediante altavoz dando instrucciones. Las piezas fueron
diseñadas utilizando el software Fusion 360 que nos permite garantizar la estética,
la forma, el ajuste y la función. (Autodesk, 2021). En el repositorio https://github.
com/YamCC16/Project-Braille-Univalle se tiene con mayor detalle los resultados
del proyecto.
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Figura N° 13
Dispositivo Braille Final
Fuente: Elaboración Propia, 2022
Se realizaron pruebas con el director departamental La Paz del Instituto Boliviano
de la Ceguera como se aprecia en la Figura N° 14. Posterior a las pruebas realizadas,
se reciben las conclusiones y recomendaciones al proyecto por parte del Instituto
Boliviano de la ceguera donde se resalta la utilidad del prototipo como se puede
apreciar en la carta escaneada (Figura N°15).
Figura N° 14
Pruebas de uso del dispositivo con el Instituto Boliviano de la Ceguera
Fuente: Elaboración Propia, 2023
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Figura N° 15
Conclusiones y recomendaciones emitidas por el Instituto Boliviano de la
Ceguera
Fuente: Instituto Boliviano de la Ceguera, 2023
4. CONCLUSIONES
Se logró diseñar un dispositivo electrónico IOT para el apoyo en el proceso del
aprendizaje inicial de lectura de los caracteres del sistema de lectoescritura braille
utilizando: servidores (web y base de datos) para el registro de actividad, una
aplicación móvil Android que controle el dispositivo braille que recibe datos de
acción a través de un microcontrolador mediante comunicación Bluetooth. Se
realizó la evaluación de software y hardware para la elaboración del proyecto
y se utilizaron tecnologías en base a estos criterios. Se diseñó el mecanismo de
despliegue para los caracteres braille a una escala 3:1 en relación con las dimensiones
recomendadas por el ONCE. Se desarrolló el software necesario que permita el uso
de una aplicación móvil Android para el control del despliegue de los caracteres
braille mediante comunicación inalámbrica Bluetooth entre el dispositivo móvil
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y el dispositivo braille. En coordinación con el director del Instituto Boliviano de
la Ceguera, se llegó a la conclusión de que cualquier dispositivo que tenga como
nalidad el imitar caracteres braille debe presentar esencialmente: dimensiones
relacionadas a normativas, permanencia de los distintos caracteres (deben ofrecer
resistencia a la presión), supercie de contacto sin asperezas. El proyecto puede
ser enfocado en infantes, el seguimiento de avance deberá ser realizado por el
instructor en coordinación con el padre de familia, para ello es necesario que:
el dispositivo cuente con bordes redondeados, la supercie de contacto debe ser
suave y agradable, no deben existir ruidos que distraigan la atención del infante.
5. AGRADECIMIENTOS
Agradecer a cada uno de mis docentes, que a lo largo de mi formación académica
pudieron compartir sus conocimientos. Al director del Instituto Boliviano de la
Ceguera por brindarme su apoyo y sabiduría.
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6. REFERENCIAS
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