Wózek inwalidzki sterowany komputerowo z manekinem: 6 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:32

Projekt AJ Sapala, Fanyun Peng, Kuldeep Gohel, Ray LC. Instruktaż: AJ Sapala, Fanyun Peng, Ray LC.

Stworzyliśmy wózek inwalidzki z kołami sterowanymi płytką Arduino, który z kolei jest sterowany przez Raspberry Pi z systemem OpenCV przez Processing. Kiedy wykryjemy twarze w openCV, przesuwamy silniki w jej kierunku, obracając wózek tak, aby był przodem do osoby, a manekin (przez usta) zrobi bardzo przerażające zdjęcie i podzieli się nim ze światem. To jest zło.

Krok 1: Projekt, prototyp i schemat wózka inwalidzkiego

Początkowa koncepcja opierała się na założeniu, że ruchomy element będzie mógł szpiegować niczego niepodejrzewających kolegów z klasy i robić im brzydkie zdjęcia. Chcieliśmy móc przestraszyć ludzi, zbliżając się do nich, chociaż nie spodziewaliśmy się, że problemy mechaniczne silnika będą tak trudne. Zastanowiliśmy się nad cechami, które sprawią, że praca będzie jak najbardziej angażująca (w złowieszczy sposób) i postanowiliśmy zaimplementować na wózku manekin, który może poruszać się w kierunku osób korzystających z wizji komputerowej. Prototyp wyniku został wykonany przez AJ z drewna i papieru, podczas gdy Ray i Rebecca uruchomili OpenCV na Raspberry Pi, upewniając się, że twarze mogą być niezawodnie wykrywane.

Krok 2: Materiały i konfiguracja

1x wózek inwalidzki (https://www.amazon.com/Medline-Lightweight-Transpo…

2x silniki do skuterów

2x płyty silnika Cytron

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

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

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

1x akumulator 12 V

sklejka

L-nawiasy

wykładziny gumowe,

Krok 3: Wykonanie silnika do mocowania wózka inwalidzkiego i głowy manekina

AJ wyprodukował urządzenie, które mocuje silniki skutera (2) do dolnej części wózka inwalidzkiego i przymocował wspornik boiska do wykonanego na zamówienie gumowego paska rozrządu. Każdy silnik jest montowany oddzielnie i mocowany do odpowiedniego koła. Dwa koła, dwa silniki. Silniki są następnie zasilane i uziemione przez dwie płyty silnikowe Cytron do Arduino (1) do Raspberry Pi (1), wszystkie elementy są zasilane 12-woltowym akumulatorem (1). Aparaty ruchowe wykonano przy użyciu sklejki, kątowników, wsporników kwadratowych i łączników do drewna. Dzięki stworzeniu drewnianej klamry wokół rzeczywistego silnika, montaż silnika na spodzie wózka był znacznie łatwiejszy i można go było przesuwać, aby napiąć pasek rozrządu. Aparaty motoryczne zostały zainstalowane poprzez przewiercenie metalowej ramy wózka inwalidzkiego i przykręcenie drewna do ramy za pomocą kątowników.

Paski rozrządu zostały wykonane z gumowej podłogi. Gumowa podłoga miała już wykonane nachylenie, które było podobne do rozmiaru wspornika obrotowego silników. Każdy element został przycięty do szerokości, która współpracuje z uchwytem obrotowym silników. Każdy kawałek ciętej gumy był łączony ze sobą tworząc „pas” poprzez szlifowanie jednego końca i drugiego końca oraz nałożenie niewielkiej ilości kleju Barge do połączenia. Barka jest bardzo niebezpieczna i podczas korzystania z niej musisz nosić maskę, a także korzystać z wentylacji. Stworzyłem kilka odmian rozmiarów paska rozrządu: super ciasny, ciasny, umiarkowany. Następnie pas trzeba było połączyć z kołem. Samo koło ma niewielką powierzchnię na podstawie, która towarzyszy pasowi. Tę niewielką przestrzeń powiększył kartonowy walec z naklejoną na gorąco gumą paska rozrządu. W ten sposób pasek rozrządu może chwycić koło, aby pomóc mu obracać się w synchronizacji z obracającym się silnikiem skutera.

AJ stworzył również imitację głowy, która integruje moduł kamery Raspberry Pi. Ray użył głowy manekina i zainstalował kamerę Pi i tablicę w obszarze ust manekina. Stworzono gniazda dla interfejsów USB i HDMI, a do stabilizacji aparatu służy drewniany pręt. Kamera jest montowana na niestandardowym elemencie wydrukowanym w 3D, który posiada mocowanie na śruby 1/4-20. Plik jest załączony (przyjęty do dopasowania przez Raya z thingaverse). AJ stworzył głowę za pomocą kartonu, taśmy klejącej i blond peruki z markerami. Wszystkie elementy są jeszcze w fazie prototypu. Głowa manekina została przymocowana do ciała kobiecego manekina i umieszczona w siedzeniu wózka inwalidzkiego. Głowa została przymocowana do manekina za pomocą tekturowego pręta.

Krok 4: Pisanie i kalibrowanie kodu

Rebecca i Ray najpierw próbowali zainstalować openCV bezpośrednio na raspi za pomocą Pythona (https://pythonprogramming.net/raspberry-pi-camera-… jednak wydaje się, że nie działa na żywo. Ostatecznie po wielu próbach zainstalowania openCV za pomocą Pythona i niepowodzeniach, zdecydowaliśmy się na Przetwarzanie na pi, ponieważ biblioteka openCV w Przetwarzaniu działa całkiem dobrze. Zobacz https://github.com/processing/processing/wiki/Rasp…Zauważ również, że działa z portami GPIO, których możemy następnie użyć do sterować arduino za pomocą komunikacji szeregowej.

Ray napisał kod wizji komputerowej, który opiera się na załączonym pliku xml do wykrywania twarzy. Zasadniczo widzi, czy środek prostokąta twarzy znajduje się na prawo, czy na lewo od środka i przesuwa silniki w przeciwnych kierunkach, aby obrócić krzesło do twarzy. Jeśli twarz jest wystarczająco blisko, silniki zatrzymują się, aby zrobić zdjęcie. Jeśli nie zostaną wykryte żadne twarze, zatrzymujemy się również, aby nie spowodować niepotrzebnych obrażeń (możesz zmienić tę funkcjonalność, jeśli uważasz, że to nie jest wystarczająco złe).

Rebecca napisała kod Arduino, aby połączyć się z płytą silnika za pomocą komunikacji szeregowej z przetwarzaniem na pi. Ważne klucze to otwarcie portu szeregowego USB ACM0 do Arduino i podłączenie raspberry pi do Arduino za pomocą kabla USB. Połącz Arduino ze sterownikiem silnika prądu stałego, aby kontrolować prędkość i kierunek silnika, wysyłając polecenia kierunku i prędkości z raspberry pi do Arduino. Zasadniczo kod przetwarzania Raya mówi silnikowi o prędkości, z jaką ma iść, podczas gdy Arduino uczciwie zgaduje czas trwania polecenia.

Krok 5: Zintegruj wózek inwalidzki, manekin oraz kod i test

Łącząc wszystkie części, okazało się, że głównym problemem było połączenie silnika z kołami wózka inwalidzkiego, ponieważ paski rozrządu często się zsuwały. Oba silniki zostały zainstalowane z

wózek inwalidzki do góry nogami dla łatwiejszej instalacji. Oba silniki działały dobrze, gdy były podłączone do 12-woltowego źródła akumulatora. Kiedy sam wózek został przewrócony do pozycji pionowej, silniki miały problem z poruszaniem wózka do tyłu i do przodu ze względu na ciężar samego wózka. Próbowaliśmy takich rzeczy jak zmiana szerokości paska rozrządu, dodawanie kołków po bokach paska i zwiększanie siły napędowej, ale żadne z nich nie działały niezawodnie. Jednak byliśmy w stanie wyraźnie zademonstrować, kiedy twarze znajdują się po obu stronach krzesła, silniki będą poruszać się w odpowiednim przeciwnym kierunku ze względu na wykrywanie twarzy za pomocą raspberry pi, dzięki czemu kody Processing i Arduino działają zgodnie z przeznaczeniem, a silniki można odpowiednio kontrolować. Kolejne kroki to wykonanie solidniejszego sposobu napędzania kół krzesła i ustabilizowanie manekina.

Krok 6: Ciesz się swoim nowym, złym manekinem na wózku inwalidzkim

Wiele się nauczyliśmy o wytwarzaniu silników i sterowników. Udało nam się uruchomić wykrywanie twarzy na małej maszynie z pestką malin. Odkryliśmy, jak sterować silnikami za pomocą płyt silnikowych i jak działa zasilanie silników. Zrobiliśmy kilka fajnych manekinów, figurek i prototypów, a nawet włożyliśmy aparat do ust. Bawiliśmy się jako zespół wyśmiewający innych ludzi. To było satysfakcjonujące doświadczenie.