วีลแชร์ควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์วิทัศน์พร้อมหุ่นจำลอง: 6 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:07

โครงการโดย AJ Sapala, Fanyun Peng, Kuldeep Gohel, Ray LC. Instructable โดย AJ Sapala, Fanyun Peng, Ray LC

เราสร้างรถเข็นคนพิการที่มีล้อควบคุมโดยบอร์ด Arduino ซึ่งควบคุมโดย Raspberry Pi ที่รัน openCV ผ่านการประมวลผล เมื่อเราตรวจพบใบหน้าใน openCV เราจะขยับมอเตอร์เข้าหามัน หมุนรถเข็นให้หันไปทางบุคคลนั้น และหุ่นจำลอง (ทางปาก) จะถ่ายภาพที่น่ากลัวมากและแบ่งปันกับคนทั่วโลก นี่คือความชั่วร้าย

ขั้นตอนที่ 1: การออกแบบ ต้นแบบ และแผนผังของวีลแชร์

แนวคิดเริ่มต้นมีพื้นฐานมาจากแนวคิดที่ว่าชิ้นส่วนที่เคลื่อนย้ายได้จะสามารถสอดแนมเพื่อนร่วมชั้นที่ไม่สงสัยและถ่ายภาพที่น่าเกลียดของพวกเขาได้ เราต้องการทำให้ผู้คนหวาดกลัวด้วยการเคลื่อนเข้าหาพวกเขา แม้ว่าเราไม่ได้คาดว่าปัญหาทางกลไกของมอเตอร์จะเป็นเรื่องยาก เราพิจารณาคุณลักษณะที่จะทำให้งานชิ้นนี้มีส่วนร่วม (ในทางที่ชั่วร้าย) มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ และตัดสินใจที่จะใช้หุ่นจำลองบนรถเข็นซึ่งสามารถเคลื่อนเข้าหาผู้คนโดยใช้การมองเห็นด้วยคอมพิวเตอร์ ต้นแบบของผลลัพธ์ถูกสร้างขึ้นโดย AJ จากไม้และกระดาษ ในขณะที่ Ray และ Rebecca ทำให้ OpenCV ทำงานบน raspberry pi เพื่อให้แน่ใจว่าสามารถตรวจจับใบหน้าได้อย่างน่าเชื่อถือ

ขั้นตอนที่ 2: วัสดุและการตั้งค่า

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

มอเตอร์สกู๊ตเตอร์ 2x

บอร์ดมอเตอร์ Cytron 2x

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

1x12v แบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้

ไม้อัด

วงเล็บ L

พื้นยาง

ขั้นตอนที่ 3: การประกอบมอเตอร์เข้ากับอุปกรณ์ยึดเก้าอี้รถเข็นและหัวหุ่น

AJ ได้ประดิษฐ์อุปกรณ์ที่ยึดมอเตอร์สกู๊ตเตอร์ (2) เข้ากับด้านล่างของเก้าอี้รถเข็น และติดขายึดพิทช์เข้ากับสายพานไทม์มิ่งยางแบบสั่งทำพิเศษ มอเตอร์แต่ละตัวถูกติดตั้งแยกจากกันและยึดกับล้อที่ตรงกัน สองล้อ สองมอเตอร์ จากนั้นมอเตอร์จะถูกป้อนด้วยพลังงานและกราวด์ผ่านแผงมอเตอร์ Cytron สองแผงไปยัง Arduino (1) ถึง Raspberry Pi (1) องค์ประกอบทั้งหมดใช้พลังงานจากแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟขนาด 12 โวลต์ (1) เครื่องมือมอเตอร์ถูกสร้างขึ้นโดยใช้ไม้อัด ฉากยึดรูปตัว L วงเล็บเหลี่ยม และไม้รัด ด้วยการสร้างเหล็กค้ำยันที่ทำจากไม้รอบๆ มอเตอร์จริง การติดตั้งมอเตอร์ให้เข้าที่ที่ด้านล่างของรถเข็นจึงง่ายกว่ามาก และสามารถเคลื่อนย้ายเพื่อขันสายพานไทม์มิ่งให้แน่นได้ อุปกรณ์มอเตอร์ได้รับการติดตั้งโดยการเจาะผ่านโครงโลหะของรถเข็นคนพิการและยึดไม้เข้ากับโครงด้วยโครงตัว L

สายพานราวลิ้นทำมาจากพื้นยาง พื้นยางมีระยะพิทช์ที่ทำขึ้นแล้วซึ่งมีขนาดใกล้เคียงกันกับขายึดมอเตอร์หมุน แต่ละชิ้นถูกตัดแต่งให้มีความกว้างที่ใช้งานได้กับขายึดมอเตอร์หมุน ยางที่ตัดแล้วแต่ละชิ้นหลอมรวมกันเป็น "สายพาน" โดยการขัดปลายด้านหนึ่งและปลายอีกด้าน และใช้กาว Barge จำนวนเล็กน้อยเพื่อเชื่อมต่อ ท่าเทียบเรือเป็นสิ่งที่อันตรายมาก และคุณต้องสวมหน้ากากขณะใช้งานและใช้การระบายอากาศด้วย ฉันสร้างขนาดของเข็มขัดเวลาหลายแบบ: แน่นมาก แน่นปานกลาง สายพานจำเป็นต้องเชื่อมต่อกับล้อ ตัวล้อมีพื้นที่ผิวเพียงเล็กน้อยบนฐานเพื่อประกอบกับสายพาน พื้นที่ขนาดเล็กนี้เพิ่มขึ้นด้วยกระบอกกระดาษแข็งที่มียางสายพานราวลิ้นติดกาวร้อนที่พื้นผิว วิธีนี้เข็มขัดเวลาสามารถจับล้อเพื่อช่วยให้หมุนได้สอดคล้องกับมอเตอร์สกู๊ตเตอร์ที่กำลังหมุนอยู่

AJ ยังได้สร้างหัวจำลองที่รวมโมดูลกล้องของ Raspberry Pi เรย์ใช้หัวหุ่นและติดตั้งกล้อง Pi และบอร์ดเข้าไปในบริเวณปากของหุ่นจำลอง ช่องถูกสร้างขึ้นสำหรับอินเทอร์เฟซ USB และ HDMI และใช้แท่งไม้เพื่อทำให้กล้องมั่นคง กล้องติดตั้งอยู่บนชิ้นงานพิมพ์ 3 มิติแบบกำหนดเองซึ่งมีตัวยึดสำหรับสกรู 1/4-20 ไฟล์แนบ (นำมาใช้เพื่อให้พอดีกับ Ray จาก thingaverse) AJ สร้างหัวโดยใช้กระดาษแข็ง เทปพันสายไฟ และวิกผมสีบลอนด์พร้อมปากกามาร์คเกอร์ องค์ประกอบทั้งหมดยังคงอยู่ในขั้นตอนต้นแบบ ศีรษะของหุ่นจำลองถูกยึดเข้ากับร่างของนางแบบผู้หญิงและวางไว้บนที่นั่งของรถเข็น หัวติดกับนางแบบโดยใช้แท่งกระดาษแข็ง

ขั้นตอนที่ 4: การเขียนและการปรับเทียบโค้ด

Rebecca และ Ray พยายามติดตั้ง openCV โดยตรงบน raspi ด้วย python (https://pythonprogramming.net/raspberry-pi-camera-… อย่างไรก็ตาม ดูเหมือนว่าจะใช้งานจริงไม่ได้ ในที่สุดหลังจากพยายามติดตั้ง openCV โดยใช้ python หลายครั้งและล้มเหลว, เราตัดสินใจไป Processing on pi เพราะไลบรารี openCV ใน Processing ทำงานได้ดี ดู https://github.com/processing/processing/wiki/Rasp…โปรดทราบว่ามันใช้งานได้กับพอร์ต GPIO ที่เราสามารถใช้ ควบคุม Arduino โดยใช้การสื่อสารแบบอนุกรม

Ray เขียนโค้ดวิชันซิสเต็มของคอมพิวเตอร์ซึ่งใช้ไฟล์ xml ที่แนบมาเพื่อตรวจจับใบหน้า โดยพื้นฐานแล้วจะเห็นว่าจุดศูนย์กลางของสี่เหลี่ยมผืนผ้าใบหน้าอยู่ทางขวาหรือซ้ายของจุดศูนย์กลาง และเคลื่อนมอเตอร์ไปในทิศทางตรงกันข้ามเพื่อหมุนเก้าอี้ไปที่ใบหน้า หากใบหน้าอยู่ใกล้พอ มอเตอร์จะหยุดถ่ายภาพ หากตรวจไม่พบใบหน้า เราก็จะหยุดเพื่อไม่ให้เกิดการบาดเจ็บโดยไม่จำเป็น (คุณสามารถเปลี่ยนการทำงานนั้นได้หากคิดว่ายังไม่ชั่วพอ)

รีเบคก้าเขียนโค้ด Arduino เพื่อเชื่อมต่อกับบอร์ดมอเตอร์โดยใช้การสื่อสารแบบอนุกรมพร้อมการประมวลผลบน pi กุญแจสำคัญคือการเปิดพอร์ตอนุกรม usb ACM0 กับ Arduino และเชื่อมต่อ raspberry pi กับ Arduino ผ่านสาย usb เชื่อมต่อ Arduino กับไดรเวอร์มอเตอร์ DC เพื่อควบคุมความเร็วและทิศทางของมอเตอร์ ส่งคำสั่งทิศทางและความเร็วจาก Raspberry pi ไปยัง Arduino โดยทั่วไปแล้วรหัสการประมวลผลของ Ray จะบอกให้มอเตอร์ทราบความเร็วในขณะที่ Arduino ทำการเดาอย่างยุติธรรมในช่วงเวลาของคำสั่ง

ขั้นตอนที่ 5: รวมรถเข็นวีลแชร์ นางแบบ และโค้ดและการทดสอบ

เมื่อประกอบชิ้นส่วนทั้งหมดเข้าด้วยกัน เราพบว่าปัญหาหลักอยู่ที่การเชื่อมต่อของมอเตอร์กับล้อของรถเข็น เพราะสายพานราวลิ้นมักจะหลุดออกมา มอเตอร์ทั้งสองถูกติดตั้งด้วย

วีลแชร์คว่ำเพื่อการติดตั้งที่ง่ายขึ้น มอเตอร์ทั้งสองทำงานได้ดีเมื่อต่อกับแหล่งแบตเตอรี่ 12 โวลต์ เมื่อตัวรถเข็นพลิกตัวตั้งตรง มอเตอร์มีปัญหาในการเคลื่อนเก้าอี้ไปข้างหลังและข้างหน้าเนื่องจากน้ำหนักของตัวเก้าอี้เอง เราลองทำสิ่งต่างๆ เช่น เปลี่ยนความกว้างของสายพานราวลิ้น เพิ่มหมุดที่ด้านข้างของสายพาน และเพิ่มแรงขับ แต่ก็ไม่มีใครทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือ อย่างไรก็ตาม เราสามารถแสดงให้เห็นได้อย่างชัดเจนเมื่อใบหน้าหันไปทางเก้าอี้แต่ละข้าง มอเตอร์จะเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้ามที่เหมาะสมเนื่องจากการตรวจจับใบหน้าด้วย raspberry pi ดังนั้นรหัสการประมวลผลและ Arduino จะทำงานตามที่ตั้งใจไว้ และสามารถควบคุมมอเตอร์ได้อย่างเหมาะสม ขั้นตอนต่อไปคือการสร้างวิธีการขับเคลื่อนล้อเก้าอี้ให้แข็งแกร่งยิ่งขึ้นและทำให้หุ่นมีความมั่นคง

ขั้นตอนที่ 6: เพลิดเพลินไปกับหุ่นจำลองวีลแชร์ตัวใหม่ของคุณ

เราเรียนรู้มากมายเกี่ยวกับการผลิตมอเตอร์และไดรเวอร์ เราสามารถเรียกใช้การตรวจจับใบหน้าบนเครื่องขนาดเล็กที่มีหลุมราสเบอร์รี่ได้ เราค้นพบวิธีควบคุมมอเตอร์ด้วยแผงมอเตอร์และวิธีการทำงานของมอเตอร์ เราทำหุ่นและหุ่นและต้นแบบเจ๋งๆ และแม้กระทั่งใส่กล้องเข้าไปในปากของมัน พวกเราสนุกกันเป็นทีมที่ล้อเลียนคนอื่น มันเป็นประสบการณ์ที่คุ้มค่า