Инвалидная коляска с компьютерным зрением и манекеном: 6 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:53

Проект: AJ Sapala, Fanyun Peng, Kuldeep Gohel, Ray LC. Инструктор: AJ Sapala, Fanyun Peng, Ray LC.

Мы создали инвалидное кресло с колесами, управляемыми платой Arduino, которая, в свою очередь, управляется Raspberry Pi, работающим с openCV через Processing. Когда мы обнаруживаем лица в openCV, мы перемещаем двигатели к нему, поворачивая кресло-коляску так, чтобы оно было обращено к человеку, и манекен (через рот) сделает очень страшный снимок и поделится им с миром. Это зло.

Шаг 1: Дизайн, прототип и схема инвалидной коляски

Первоначальная концепция была основана на идее, что подвижная фигура сможет шпионить за ничего не подозревающими одноклассниками и делать их уродливые фотографии. Мы хотели иметь возможность пугать людей, приближаясь к ним, хотя мы не ожидали, что механические проблемы мотора будут такими сложными. Мы рассмотрели особенности, которые сделали бы изделие максимально привлекательным (в злой манере), и решили реализовать манекен на инвалидной коляске, который может двигаться к людям с помощью компьютерного зрения. Прототип результата был сделан AJ из дерева и бумаги, в то время как Рэй и Ребекка заставили OpenCV работать на Raspberry Pi, убедившись, что лица могут быть надежно обнаружены.

Шаг 2: материалы и установка

1x инвалидная коляска (https://www.amazon.com/Medline-Lightweight-Transpo…

2x мотороллеры

2x моторные платы Cytron

1x arduino UNO R3 (https://www.amazon.com/Arduino-Uno-R3-Microcontrol…

1x raspberry pi 3 (https://www.amazon.com/Raspberry-Pi-RASPBERRYPI3-M…

1x камера raspberry pi v2 (https://www.amazon.com/Raspberry-Pi-Camera-Module-…

1x 12v аккумулятор

фанера

L-образные скобы

резиновое покрытие

Шаг 3: Изготовление мотора для крепления инвалидной коляски и головы манекена

AJ изготовил устройство, которое фиксирует моторы скутера (2) на нижней части кресла-коляски, и прикрепил кронштейн шага к изготовленному на заказ резиновому ремню привода ГРМ. Каждый мотор устанавливается отдельно и крепится к соответствующему колесу. Два колеса, два мотора. Затем на двигатели подается питание и заземление через две платы двигателей Cytron на Arduino (1) и Raspberry Pi (1), все элементы питаются от аккумуляторной батареи на 12 В (1). Моторные аппараты были созданы с использованием фанеры, L-образных скоб, квадратных скоб и деревянных креплений. Создав деревянную скобу вокруг самого двигателя, установить двигатель на дно инвалидной коляски стало намного проще, и его можно было перемещать, чтобы натянуть ремень ГРМ. Моторные устройства устанавливались путем просверливания металлического каркаса кресла-коляски и прикручивания дерева к каркасу с помощью L-образных скоб.

Ремни ГРМ были изготовлены из резины. Резиновый настил уже имел шаг, который по размеру был аналогичен вращающемуся кронштейну двигателей. Каждая деталь была обрезана до ширины, соответствующей вращающемуся кронштейну мотора. Каждый кусок резины был сплавлен вместе, образуя «пояс» путем шлифования одного конца и противоположного конца и нанесения небольшого количества клея Barge для соединения. Баржа очень опасна, и при ее использовании необходимо надевать маску, а также использовать вентиляцию. Создал несколько разновидностей размеров ремня ГРМ: супертяжелые, тугие, умеренные. Затем ремень нужно было прикрепить к колесу. Само колесо имеет небольшую площадь на основании, чтобы сопровождать ремень. Это небольшое пространство было увеличено за счет картонного цилиндра с горячим приклеиванием резины ремня ГРМ к его поверхности. Таким образом, ремень ГРМ мог захватить колесо, чтобы оно вращалось синхронно с вращающимся двигателем скутера.

AJ также создал фиктивную голову, в которую встроен модуль камеры Raspberry Pi. Рэй использовал голову манекена и установил камеру Pi и доску во рту манекена. Слоты созданы для интерфейсов USB и HDMI, а для стабилизации камеры используется деревянный стержень. Камера крепится на изготовленном на заказ 3D-принтере с креплением для винтов 1 / 4-20. Файл прилагается (адаптирован для подгонки Рэем из thingaverse). Эй Джей создал голову из картона, изоленты и светловолосого парика с маркерами. Все элементы все еще находятся в стадии прототипа. Голову манекена прикрепляли к туловищу женского манекена и помещали в сиденье инвалидной коляски. Голова прикреплялась к манекену с помощью картонного стержня.

Шаг 4: написание и калибровка кода

Ребекка и Рэй сначала попытались установить openCV непосредственно на raspi с помощью python (https://pythonprogramming.net/raspberry-pi-camera-… но, похоже, он не работает вживую. В конце концов, после многих попыток установить openCV с использованием python и неудачно, мы решили перейти на обработку на pi, потому что библиотека openCV в Processing работает достаточно хорошо. См. https://github.com/processing/processing/wiki/Rasp … Обратите внимание, что она работает с портами GPIO, которые мы затем можем использовать для управлять Arduino с помощью последовательной связи.

Рэй написал код компьютерного зрения, который использует прикрепленный xml-файл для распознавания лиц. В основном он видит, находится ли центр прямоугольника лица справа или слева от центра, и перемещает двигатели в противоположных направлениях, чтобы повернуть стул к лицу. Если лицо находится достаточно близко, моторы останавливаются, чтобы сделать снимок. Если лица не обнаружены, мы также останавливаемся, чтобы не причинить ненужных травм (вы можете изменить эту функцию, если считаете, что это недостаточно плохо).

Ребекка написала код Arduino для взаимодействия с моторной платой, используя последовательную связь с обработкой на пи. Важными клавишами являются открытие последовательного порта USB ACM0 для Arduino и подключение Raspberry Pi к Arduino через USB-кабель. Подключите Arduino к драйверу двигателя постоянного тока, чтобы управлять скоростью и направлением двигателя, отправляя команды направления и скорости от Raspberry Pi к Arduino. В основном код обработки Ray сообщает двигателю скорость, с которой он должен работать, в то время как Arduino делает справедливое предположение о продолжительности команды.

Шаг 5: Интегрируйте Инвалидную коляску, Манекен, Кодекс и Тест

Собрав все части вместе, мы обнаружили, что главной проблемой было соединение двигателя с колесами инвалидной коляски, поскольку ремни ГРМ часто соскальзывали. Оба мотора были установлены с

инвалидное кресло вверх ногами для облегчения установки. Оба мотора работали нормально при подключении к 12-вольтовой аккумуляторной батарее. Когда кресло-коляска переворачивалось вертикально, у двигателей возникали проблемы с перемещением кресла вперед и назад из-за веса самого кресла. Мы пробовали такие вещи, как изменение ширины ремня ГРМ, добавление штифтов по бокам ремня и увеличение движущей силы, но ни один из них не работал надежно. Тем не менее, мы смогли четко продемонстрировать, когда лица находятся по обе стороны от кресла, двигатели будут двигаться в соответствующем противоположном направлении из-за обнаружения лиц с помощью raspberry pi, поэтому коды Processing и Arduino работают должным образом, и двигателями можно управлять соответствующим образом. Следующие шаги - сделать более надежным способ управления колесами кресла и сделать манекен устойчивым.

Шаг 6: наслаждайтесь своим новым злым манекеном-инвалидной коляской

Мы узнали много нового о производстве двигателей и драйверов. Нам удалось запустить распознавание лиц на небольшой машине с малиновой косточкой. Мы выяснили, как управлять двигателями с помощью моторных плат и как работает мощность для двигателей. Мы сделали несколько классных манекенов, фигурок и прототипов и даже положили ему в рот фотоаппарат. Мы весело проводили время в команде, высмеивая других людей. Это был полезный опыт.