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近年來(lái)，地震、礦難、火災(zāi)、海嘯、核輻射、交通事故等各類災(zāi)難事故頻發(fā)，嚴(yán)重危害了人們的生命安全，造成家庭和社會(huì)的很大損失。更嚴(yán)重的是，在災(zāi)難事故發(fā)生后，許多情況是因?yàn)槭艿江h(huán)境影響而制約救援，不能第一時(shí)間到達(dá)救災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)而耽誤救援時(shí)間，從而使人們的生命財(cái)產(chǎn)收到了嚴(yán)重的威脅。面對(duì)極其危險(xiǎn)與惡劣的災(zāi)難救援環(huán)境，運(yùn)用智能救援機(jī)器人進(jìn)行搜救是一種很好的搜救方法，并得到越來(lái)越多研究人員的關(guān)注。智能救援機(jī)器人不但能夠幫助工作人員執(zhí)行救援工作，而且有時(shí)能夠代替工作人員執(zhí)行搜救任務(wù)，能有效的提高救援的效率和減少施救人員的傷亡。
基于以上原因，我們?cè)O(shè)計(jì)了一款智能搜救機(jī)器人，可以探測(cè)惡劣環(huán)境中的各項(xiàng)參數(shù)。并能實(shí)時(shí)地將災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)的第一手寶貴資料傳回營(yíng)救中心，以幫助救援指揮部做出正確的判斷。
本設(shè)計(jì)是基于Intel Edison開(kāi)發(fā)的一款智能搜救機(jī)器人，可以在惡劣環(huán)境中獲取各項(xiàng)環(huán)境指標(biāo)，并能實(shí)時(shí)的將災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)的第一手寶貴資料傳回營(yíng)救中心，以幫助救援指揮部做出正確的判斷。它不但能夠幫助工作人員執(zhí)行救援工作，而且有時(shí)能代替工作人員執(zhí)行搜救任務(wù)，能有效率的提高救援效率和減少救援人員的傷亡。
該機(jī)器人主要包含以下幾種功能：
1.險(xiǎn)區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)掌握災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)第一手寶貴資料。
2.藍(lán)牙/433M多端遙控適應(yīng)各種復(fù)雜控制環(huán)境，提高了機(jī)器人環(huán)境適應(yīng)性。
3.微信連接使用微信即可控制機(jī)器人，讓每個(gè)人都可以使用。
4.實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)視頻傳輸更有利于觀察不易到達(dá)地方的具體環(huán)境狀況。
5.人臉識(shí)別&人體紅外檢測(cè)能夠快速定位受困人員，并實(shí)施救援工作。
6.智能語(yǔ)音播報(bào)可以隨時(shí)為被困人員傳達(dá)信息，有利于被困人員自救。
7.智能太陽(yáng)能尋光充電更加智能節(jié)能環(huán)保。
本機(jī)器人系統(tǒng)由各系列傳感器設(shè)備，語(yǔ)音系統(tǒng)，攝像頭采集，核心控制等組成。通過(guò)WiFi模塊和藍(lán)牙模塊實(shí)時(shí)傳輸險(xiǎn)區(qū)的環(huán)境信息到控制者的手機(jī)端，另外可使用機(jī)器人的人臉識(shí)別以及人體紅外監(jiān)測(cè)來(lái)尋找被困人員，使控制者可以遠(yuǎn)程操控進(jìn)行人員搜救工作。
1.險(xiǎn)區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)：
該智能搜救機(jī)器人環(huán)境監(jiān)測(cè)部分主要由：光照強(qiáng)度傳感器；噪聲傳感器；溫度傳感器；有害氣體傳感器組成；通過(guò)這些傳感器，方便救援人員了解險(xiǎn)區(qū)的各項(xiàng)環(huán)境指標(biāo)。
1.1:光強(qiáng)監(jiān)測(cè): 光照度傳感器采用對(duì)弱光也有較高靈敏度的硅蘭光伏探測(cè)器作為傳感器；根據(jù)不同的測(cè)量場(chǎng)所，配合不同的量程具有線性度好、防水性能好、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。可以讓救援機(jī)器人在大約1個(gè)燭光1米距離的光亮度下工作，也可在夏日晴天強(qiáng)光下照度為 10萬(wàn) Lux下工作；有月光的夜里 0.3～0.03 Lux下工作；
1.2:噪聲監(jiān)測(cè): 噪聲傳感器正是由于傳感器內(nèi)置一個(gè)對(duì)聲音敏感的電容式駐極體話筒,聲波使話筒內(nèi)的駐極體薄膜振動(dòng)，導(dǎo)致電容的變化，而產(chǎn)生與之對(duì)應(yīng)變化的微小電壓，從而實(shí)現(xiàn)光信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。再通過(guò)核心控制器處理其相關(guān)電信號(hào)獲得參數(shù)。其聲音分辨率在1HZ。分貝數(shù)在45dB-120dB;
1.3:溫度傳感器:采用非接觸式溫度傳感器，它的敏感元件與被測(cè)對(duì)象互不接觸，可用來(lái)測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體、小目標(biāo)和熱容量小或溫度變化迅速（瞬變）對(duì)象的表面溫度，也可用于測(cè)量溫度場(chǎng)的溫度分布。測(cè)量準(zhǔn)確度：0.01級(jí);分辨率0.1uV和0.1mΩ
1.4:有害氣體傳感器：該氣體使用的是烷烴類可燃?xì)怏w傳感器，該傳感器可以用于監(jiān)測(cè)險(xiǎn)區(qū)是否有液化氣等可燃?xì)怏w泄漏，可提前做好人員疏散工作。
2．藍(lán)牙/433M多端遙控
藍(lán)牙支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)以及點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信，以無(wú)線方式將家庭或辦公室中的各種數(shù)據(jù)和語(yǔ)音設(shè)備連成一個(gè)微微網(wǎng)（Pico－net），幾個(gè)微微網(wǎng)還可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，形成一個(gè)分布式網(wǎng)絡(luò)（scatter－net），從而在這些連接設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)快捷而方便的通信。機(jī)器人使用藍(lán)牙控制，方便用戶可以使用手機(jī)等設(shè)備進(jìn)行連接使用，也可以方便以后多端多方位控制機(jī)器人，從而適應(yīng)不同的地形條件。
433M數(shù)據(jù)發(fā)射模塊的工作頻率為315M，采用聲表諧振器SAW穩(wěn)頻，頻率穩(wěn)定度極高，當(dāng)環(huán)境溫度在－25～+85度之間變化時(shí)，頻飄僅為3ppm/度。使用該模塊與藍(lán)牙模塊互補(bǔ)。方便機(jī)器人適應(yīng)一些惡劣的控制環(huán)境，使機(jī)器人更加方便。
3.微信連接
該機(jī)器人暫時(shí)使用了一個(gè)免費(fèi)好用的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器-微信公眾號(hào)平臺(tái)，通過(guò)微信公眾號(hào)為每個(gè)機(jī)器人分配一個(gè)ID，用戶關(guān)注該公眾號(hào)發(fā)送關(guān)鍵字就可以讓機(jī)器人的各數(shù)據(jù)環(huán)境信息反饋到用戶的手機(jī)之上，方便了普通家庭用戶的使用，后期可提供一般網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器服務(wù)，用戶通過(guò)網(wǎng)頁(yè)登錄即可使用。
4.實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)視頻傳輸
4.1:視頻圖像采集: 通過(guò)攝像頭采集視頻圖像，并將視頻圖像進(jìn)行壓縮編碼。若采用高清攝像頭，則圖像可以達(dá)到D1（720*576）分辨率，視頻壓縮編碼可以有很多種格式，如MPEG2、MPEG4、H.264等等，常用的是H.264格式，因?yàn)閴嚎s率高，可減小文件大小，增加傳輸速率。我們采用的Intel edison平臺(tái)帶有一個(gè)雙核、雙線程32bit AtomZ34XX系列處理器和Quark處理器 ，高速而強(qiáng)大的CPU可以運(yùn)行主流的實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)；高速且低功耗的CPU適合不同環(huán)境的要求，低功耗可以很好的節(jié)約資源，在某些不需要實(shí)時(shí)監(jiān)控的場(chǎng)所，就可以啟用低功耗模式；高清晰且連續(xù)的視頻碼流，適合于絕大多數(shù)算法應(yīng)用的需求，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的功能。
4.2:視頻圖像本地存儲(chǔ)和上傳:攝像頭采集到的圖像既可以選擇本地存儲(chǔ)和上傳，也可以選擇直接上傳，選擇哪種方式是根據(jù)用戶需要和系統(tǒng)的配置決定的。本地存儲(chǔ)的介質(zhì)可以是SD卡，也可以是edison自帶內(nèi)存，兩種介質(zhì)系統(tǒng)都可以支持。 上傳可以是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)BCM43340 a/b/g/n多協(xié)議支持WiFi 上傳至服務(wù)器通過(guò)網(wǎng)頁(yè)登錄可觀看視頻。
5.人臉識(shí)別&人體紅外檢測(cè)
人體紅外檢測(cè)使用人體紅外檢測(cè)模塊可以在近距離感應(yīng)人的存在，從而發(fā)現(xiàn)受困人員。
人臉檢測(cè)使用的是OpenCV庫(kù)進(jìn)行人臉識(shí)別，檢測(cè)記點(diǎn)(眼睛、耳朵、鼻子等的位置)用來(lái)構(gòu)造一個(gè)特征向量(點(diǎn)與點(diǎn)之間的距離、角度等)。通過(guò)計(jì)算測(cè)試和訓(xùn)練圖像的特征向量的歐氏距離來(lái)進(jìn)行識(shí)別，然后通過(guò)圓圈標(biāo)記出人臉，通過(guò)機(jī)器人自帶的顯示屏顯示出來(lái)，也可以通過(guò)WIFI 傳輸至服務(wù)器，通過(guò)網(wǎng)頁(yè)顯示出標(biāo)記的人臉和發(fā)現(xiàn)人臉的個(gè)數(shù)。
6.智能語(yǔ)音播報(bào)
可以通過(guò)手機(jī)控制機(jī)器人與受困人員進(jìn)行語(yǔ)音交流，可以了解受困人員的健康狀況和需求情況，可以通過(guò)語(yǔ)音為他們傳播自救信息。有助于更快速的救出受困人員,讓傷亡最小化。
7. 智能太陽(yáng)能尋光充電
通過(guò)控制機(jī)器人四處移動(dòng)，來(lái)獲取相對(duì)位置對(duì)應(yīng)的光照強(qiáng)度，通過(guò)比對(duì)兩個(gè)光照強(qiáng)度傳感器的強(qiáng)度，判斷機(jī)器人移動(dòng)方向，通過(guò)SD卡記錄下來(lái)對(duì)機(jī)器人通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，讓機(jī)器人可以在不使用的時(shí)候自己去尋找一個(gè)光照較強(qiáng)的地方進(jìn)行充電。
在后期的開(kāi)發(fā)之中我們會(huì)為機(jī)器人增加4個(gè)超聲波模塊和兩個(gè)編碼器。通過(guò)四個(gè)超聲波模塊獲取機(jī)器人所處的相對(duì)位置，通過(guò)編碼器獲得機(jī)器人所移動(dòng)的相對(duì)位置，存入SD卡，對(duì)機(jī)器人進(jìn)行訓(xùn)練，讓機(jī)器人可以在自行控制的情況下進(jìn)行自主路徑規(guī)劃。
8.開(kāi)發(fā)平臺(tái)介紹
Edison的芯片包含一顆時(shí)鐘頻率為 500 MHz 的英特爾? 凌動(dòng)™ 處理器和 4GB 托管閃存。這樣我們就可以用它強(qiáng)大的處理功能去跑openCV 做視頻傳輸人臉識(shí)別等功能。其內(nèi)置WiFi模塊和低功耗藍(lán)牙模塊更方便了我們將機(jī)器人連接到云端，讓大家可以通過(guò)手機(jī)APP和微信控制機(jī)器人。
由于當(dāng)時(shí)Edison剛剛發(fā)布，以至于網(wǎng)上的資料很少，我在當(dāng)時(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程中也遇到了不少的困難。所以為了方便大家，我使用了SmartNode這款圖形化編程軟件讓每一個(gè)人都可以制作出高大上的機(jī)器人。
9.作品演示
演示視頻:
1.Intel ediosn 機(jī)器人視頻人員搜救演示
2.Intel ediosn 機(jī)器人遙控視頻演示
3.Intel ediosn 機(jī)器人環(huán)境監(jiān)測(cè)演示
9.1.首先給大家展示的是 視頻傳輸+openCV人臉識(shí)別
視頻圖像可通過(guò)車身自帶TFT液晶屏顯示，也可以通過(guò)云端傳輸?shù)绞謾C(jī)顯示，如截圖識(shí)別JJ的寫(xiě)真照片，JJ好帥
9.2 手機(jī)APP遙控
一個(gè)簡(jiǎn)單的APP可以通過(guò)APP開(kāi)啟視頻傳輸，放音樂(lè)，當(dāng)然各位也可以自己加功能，比如加個(gè)探照燈，或者是一些小武器之類，機(jī)械臂也可以
9.3微信控制
通過(guò)微信，當(dāng)然也可以開(kāi)啟攝像頭進(jìn)行人臉識(shí)別，因?yàn)橐曨l是通過(guò)一個(gè)小網(wǎng)頁(yè)顯示的所以可以用在各處，另外微信呢，可以通過(guò)發(fā)送關(guān)鍵信息，來(lái)監(jiān)測(cè)機(jī)器人所處地域的光照、溫度、聲音和有害氣體，當(dāng)然如果你喜歡你可以添加更多模塊實(shí)現(xiàn)更多功能。微信端我使用的也是SmartNode官方提供的公眾號(hào)，因?yàn)楹芊奖悖绻蠹矣信d趣，可以自己搭一個(gè)出來(lái)，也很簡(jiǎn)單。
9.4 太陽(yáng)能面板供電
通過(guò)太陽(yáng)能面板供電，不過(guò)這個(gè)比較雞肋，所以只是把太陽(yáng)能面板加了一個(gè)小燈，因?yàn)槊姘逄?，充電太慢，我打算給他改成無(wú)線充電模塊。
9.5 TFT顯示&放音樂(lè)
Edison有很大的存儲(chǔ)空間，所以可以存好多歌，放歌的時(shí)候可以在TFT屏上顯示明星寫(xiě)真，當(dāng)微信控制相關(guān)傳感器，還可以顯示各種傳感器圖片。
9.6 各種傳感器監(jiān)測(cè)
我使用的傳感器有 溫度 噪聲 光照 有害氣體檢測(cè) 紅外 觸摸 。觸摸傳感器是用來(lái)開(kāi)關(guān)音樂(lè)的，這個(gè)功能比較雞肋，因?yàn)橄氩坏胶玫膭?chuàng)意了
元器件清單:
- 航模電池x1
- intel Edison開(kāi)發(fā)板x1
- 兩輪車模x1
- 金貴Q1迷你手機(jī)小音箱x1
- 筆記本電腦USB高清免驅(qū)攝像頭x1
- 2.0寸串口TFT SPI液晶屏x1
- 威訊USB聲卡外置x1
- USB拓展口x1
- TB6612FNG電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊x1
- 太陽(yáng)能面板x1
- 四路無(wú)線遙控器套件x1
上傳一張工作照
