自主紫外線機(jī)器人

描述

介紹

COVID-19 大流行以多種方式影響著我們。這實(shí)際上使我們的世界陷入了停頓。但是，為了防止社區(qū)傳播，保持社交距離是絕對(duì)必要和重要的。在這個(gè)項(xiàng)目中，我們?cè)噲D解決人群聚集的問題，這將為大流行的社區(qū)傳播創(chuàng)造有利條件。參考 Covid19 非常成功的#KeralaModel，社交距離和遏制是幫助拉平曲線的主要因素之一。

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動(dòng)機(jī)

我們的動(dòng)力來自美光計(jì)劃實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。參考比賽描述，隨著第一波 COVID-19 影響全球每個(gè)人口，我們學(xué)到了許多與傳播和預(yù)防有關(guān)的新知識(shí)。我們更有能力應(yīng)對(duì)持續(xù)的大流行病，需要可持續(xù)的低成本解決方案，以提供安全、預(yù)防性、有效的方法來保護(hù)工作場(chǎng)所、購物區(qū)、醫(yī)療機(jī)構(gòu)等場(chǎng)所的人們。紫外線技術(shù)是減少接觸的一種方法可能有病毒或細(xì)菌的表面，也不需要人為干預(yù)來清潔這些表面。

工作流程

我們的項(xiàng)目旨在開發(fā)一種能夠自主或半自主地穿越房間、避開任何障礙物并對(duì)其進(jìn)行消毒的自主機(jī)器人。該機(jī)器人是一種能夠手動(dòng)或自主穿越的地形微型車輛。該車輛可以是任何典型的 RC 地面車輛，最好帶有有刷直流電機(jī)，由 ESC 控制。這種類型的最好例子是驢車。驢車的優(yōu)勢(shì)在于它通過Raspberry Pi 3具有自主能力，這是通過訓(xùn)練汽車來實(shí)現(xiàn)的。有關(guān)設(shè)置汽車、訓(xùn)練和制作經(jīng)過訓(xùn)練的模型，請(qǐng)參閱此處的獨(dú)家官方指南。

硬件實(shí)現(xiàn)

開發(fā)了兩個(gè)原型。第一個(gè)原型使用此處提供的 Rock Crawler 遙控車套件，第二個(gè)原型使用此處提供的驢車套件（HSP 94186 拉絲遙控車）。

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驢車套件隨附的 PCA9685 PWM 驅(qū)動(dòng)器足以驅(qū)動(dòng)其隨附的所有伺服器和電機(jī)。但是，如果您打算連接更多傳感器或執(zhí)行器，我建議您使用我們使用過的類似這樣的 Raspberry Shield，可在此處獲得。

附有U-Blox Neo-6M GPS（鏈接），可提供汽車的本地位置。本文檔中提供了 GPS 與 Raspberry Pi 3 的接口。GPS 和基于指南針的自主導(dǎo)航將在以后集成。

我們附加了幾個(gè)傳感器，例如用于圖像處理的高清攝像頭和用于避障的 IR、SONAR。驅(qū)動(dòng)多個(gè) SONAR 比 IR 更乏味。因此，建議在短期內(nèi)使用 IR。

必須為 Raspberry Pi 和電機(jī)組件提供單獨(dú)的電源單元。這是為了避免電機(jī)噪音進(jìn)入電源，導(dǎo)致不穩(wěn)定。不過，兩者應(yīng)該有共同點(diǎn)。

地面車輛還配備了可選的太陽能電池板電池和自動(dòng)太陽能電池充電電路，以實(shí)現(xiàn)無縫和延長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間，從而可以在旅途中充電。

軟件實(shí)施

開發(fā)了一個(gè) python 程序，用于根據(jù)自主或半自主條件向地面車輛發(fā)出自定義命令。該程序在板載樹莓派上運(yùn)行，并使用電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制車輛。

它還可以控制可以安裝攝像機(jī)的云臺(tái)伺服系統(tǒng)。

使用定制開發(fā)的移動(dòng)應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)機(jī)器人的手動(dòng)控制。它還提供來自車載高清攝像頭的實(shí)時(shí)攝像頭饋送。更多細(xì)節(jié)可以從編碼部分獲得。該應(yīng)用程序允許手動(dòng)和自動(dòng)操作地面車輛。手動(dòng)控制是通過應(yīng)用程序中實(shí)現(xiàn)的虛擬操縱桿執(zhí)行的，自動(dòng)操作是通過 python 程序操作各種板載傳感器來避障。

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使用立體視覺避免碰撞 [正在進(jìn)行中]

定制立體攝像頭由兩個(gè) Microsoft HD 網(wǎng)絡(luò)攝像頭制成并經(jīng)過校準(zhǔn)。

圖像數(shù)據(jù)集

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立體相機(jī)

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進(jìn)行視差映射以制定場(chǎng)景的深度，從而檢測(cè)障礙物。

視差映射

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使用紅外傳感器避免碰撞

機(jī)器人上安裝了 3 個(gè)紅外傳感器，用于檢測(cè)障礙物和避免碰撞。數(shù)據(jù)被包裝到 ROS 消息中以便于分析。

使用紅外傳感器檢測(cè)障礙物

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規(guī)避算法

規(guī)避算法是在 ROS 環(huán)境中進(jìn)行的。在此通過適當(dāng)?shù)鸟{駛命令以避開障礙物。可以在此處使用適當(dāng)?shù)牟寮员銓⑵鋽U(kuò)展到任何自動(dòng)駕駛汽車。

紫外線消毒

適當(dāng)?shù)淖贤饩€消毒模塊可以安裝在機(jī)器人上，可用于對(duì)整個(gè)房間進(jìn)行消毒，無需任何人工干預(yù)。

結(jié)論

將來可以進(jìn)一步修改機(jī)器人以適應(yīng)各種其他模塊。由于該框架是基于 ROS 的，因此集成會(huì)更容易。