金小暄 金彥繼 李佳龍 張浚哲 趙德金

摘 要：本設(shè)計(jì)是為了解決在惡劣的天氣里發(fā)傳單困難而研發(fā)的一款智能發(fā)傳單機(jī)器人。采用OpenMV機(jī)器視覺模塊進(jìn)行人臉識(shí)別，能保證機(jī)器人處于人流量大的位置。并使用麥克納母輪，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人全方位移動(dòng)。本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了OpenMV，樹莓派與arduino之間的通訊，使用激光雷達(dá)實(shí)現(xiàn)避障。機(jī)器人的上半部分采用陀螺儀和電動(dòng)推桿，來保證發(fā)傳單處始終處于水平狀態(tài)，以保證取單方便和保證中心位置穩(wěn)定。并使用語音系統(tǒng)吸引行人，提高發(fā)傳單的效率。

關(guān)鍵詞：OpenMV;創(chuàng)新設(shè)計(jì);自動(dòng)化;智能;效率高

近年來，為了提高知名度，越來越多的商店采用派發(fā)傳單來吸引顧客。但是，在一些較為嚴(yán)酷的天氣中，發(fā)傳單會(huì)影響健康并且效率低。反觀傳單機(jī)器人，它采用OpenMV人臉識(shí)別技術(shù)，能夠自動(dòng)尋找人群，更可以克服環(huán)境的影響，再加上它的新奇，能引起很多人的興趣，故而能夠提高發(fā)傳單的效率。

一.結(jié)構(gòu)及原理

本次設(shè)計(jì)是基于OpenMV的設(shè)計(jì)，可以分為兩大部分，分別是移動(dòng)平臺(tái)與傳單發(fā)送裝置。

移動(dòng)平臺(tái)的控制中心是樹莓派，它分別與OpenMV，arduino通訊，利用激光雷達(dá)判斷周圍的狀況。OpenMV是視覺中心，用來進(jìn)行人臉識(shí)別，當(dāng)識(shí)別到的人臉較多時(shí)就朝這一方向運(yùn)動(dòng)，同時(shí)作距離檢測(cè)以便準(zhǔn)確走到目標(biāo)地點(diǎn)。Arduino控制移動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)，它接受來自樹莓派的信息，進(jìn)行相應(yīng)的處理，輸出高低電平以及相應(yīng)的PWM波，再通過PID算法，準(zhǔn)確的控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而控制小車的行駛。

傳單發(fā)送裝置位于移動(dòng)平臺(tái)上方，它是由arduino控制的，為了方便行人取傳單，發(fā)送裝置需要一定的高度。如果位于不平的地面或者處于斜坡時(shí)易導(dǎo)致重心偏移太多，使得取傳單麻煩，甚至?xí)箼C(jī)器人摔倒。因此需要對(duì)裝置進(jìn)行平衡處理，本設(shè)計(jì)采用陀螺儀MPU6050，該陀螺儀X與Y軸的數(shù)據(jù)較為穩(wěn)定，如果X與Y軸的示數(shù)與零相差較大時(shí)可以自行調(diào)整推桿，從而保證發(fā)送裝置始終保持水平。發(fā)送裝置中，通過軸的轉(zhuǎn)動(dòng)將傳單一張張送出來。為了控制傳單送出速度，需要控制軸與底板的距離，可以保證輸出的傳單始終單張。在出單的位置安裝光感傳感器，當(dāng)接收到光信號(hào)時(shí)，電機(jī)工作，出單后便把光敏傳感器遮上，沒有取走的話不會(huì)出下一張。如圖1-1，1-2所示。

二.機(jī)器人硬件設(shè)計(jì)

2.1 移動(dòng)平臺(tái)設(shè)計(jì)

移動(dòng)平臺(tái)作為機(jī)器人關(guān)鍵的部分之一，它采用麥克納母輪，在不改變車身方向的前提下可以自由移動(dòng)，使小車轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)也可以承受較小的摩擦力。但是使用麥克納母輪時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系需要較高的要求，需要采用PID算法。電機(jī)采用大扭矩直流減速電機(jī)（自帶編碼器），這樣可以控制其轉(zhuǎn)速。移動(dòng)平臺(tái)的控制核心是樹莓派，樹莓派是一臺(tái)功能完整的迷你電腦。選用樹莓派作為主控板能夠很好地與OpenMV;arduino通訊，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的目的。

2.2 OpenMV

OpenMV是一個(gè)開源，成本低且功能強(qiáng)大的機(jī)器視覺模塊，是“帶機(jī)器視覺功能的Arduino”。它可以控制其他的硬件，包括單片機(jī)模塊 [6]它也可以被其他單片機(jī)模塊控制，這個(gè)特點(diǎn)使得它可以很靈活的和其他流行的模塊配合，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的產(chǎn)品功能。另外，他擁有人臉識(shí)別的算法，還能進(jìn)行距離檢測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)定位讓移動(dòng)平臺(tái)穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)位置。

2.3 激光雷達(dá)、光敏傳感器 MPU6050

為了防止機(jī)器人被撞壞，本設(shè)計(jì)使用激光雷達(dá)，能夠全方位的判斷是否有物體靠近進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全方位避障。光敏傳感器是傳單發(fā)送裝置的核心之一，它位于出單的位置上，當(dāng)有人拿走傳單時(shí)，光敏傳感器裸露在光線下，與是傳遞信號(hào)給arduino，從而控制出單的主軸轉(zhuǎn)動(dòng)。

2.4 語音功能

本設(shè)計(jì)采用的是Respeaker Core AI智能語音模塊，它的識(shí)別效果十分優(yōu)秀，在使用前內(nèi)置一些基本的簡(jiǎn)單的問答問題，可以實(shí)現(xiàn)一些基本功能。最終實(shí)現(xiàn)取完傳單道謝的功能。

三.機(jī)器人軟件設(shè)計(jì)

3.1 OpenMV的角色

OpenMV作為機(jī)器人的眼睛，為了提高發(fā)傳單效率，需要機(jī)器人處于人流量較大的場(chǎng)所，為了正確的找到人口集中的地方需要機(jī)器人完成人臉識(shí)別。OpenMV利用的是Haar算子來實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別的，其算法要點(diǎn)有四個(gè)。

3.2激光雷達(dá)——避障

激光雷達(dá)的原理是先發(fā)射出一束激光，在經(jīng)過物體的反彈后能夠接收，再將發(fā)出的信息與接收的信息進(jìn)行對(duì)比處理，就可以得到相應(yīng)的距離數(shù)據(jù)，另外YDLIDAR X4是一個(gè)不斷旋轉(zhuǎn)的激光雷，這樣就可以記錄下各個(gè)方向的情況了。

3.3串口通訊

本設(shè)計(jì)采用的是URAT通訊方式，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了樹莓派與arduino和OpenMV之間的通訊。能夠?qū)崟r(shí)接收來自arduino與OpenMV的信息，并能夠做出回應(yīng)，是一種全雙工的方式。

四.系統(tǒng)搭建與調(diào)試

4.1 移動(dòng)平臺(tái)

移動(dòng)平臺(tái)需要實(shí)現(xiàn)避障，全方位移動(dòng)，視覺跟隨，人臉識(shí)別等功能。在機(jī)器啟動(dòng)的時(shí)候開始原地打轉(zhuǎn)，尋找人臉，當(dāng)檢測(cè)到人臉數(shù)目超過某一值時(shí)，OpenMV開始計(jì)算距離并且開始向該方向運(yùn)動(dòng)，同時(shí)開啟激光雷達(dá)，如果檢測(cè)到前方有人的時(shí)候，移動(dòng)平臺(tái)開始側(cè)移，繞開障礙物，當(dāng)距離小于某一值時(shí)停止，開始發(fā)送傳單任務(wù)。如果長(zhǎng)時(shí)間沒有人取傳單時(shí)，機(jī)器人會(huì)再次運(yùn)行，重新尋找目標(biāo)。

4.2 傳單發(fā)送

發(fā)送傳單時(shí)必須單張出來，同時(shí)也要保證傳單被取走時(shí)有新的傳單出來。算法，傳單發(fā)送裝置一直處于工作中，傳單被取走后，光敏電阻檢測(cè)到光，此時(shí)開始出單，同時(shí)，arduino給語音識(shí)別模塊一個(gè)信號(hào)，語音識(shí)別模塊開始播報(bào)。

五.結(jié)語

本設(shè)計(jì)是基于OpenMV的一種自動(dòng)發(fā)傳單機(jī)器人，機(jī)器人能夠高效的發(fā)放傳單，吸引行人注意，有效的提高商家的知名度。另外結(jié)構(gòu)上利用陀螺儀與電動(dòng)推桿，使得取傳單容易，也使機(jī)器人更加穩(wěn)定。比起人力發(fā)傳單，它的工時(shí)更長(zhǎng)，效率更高，能夠大大減小勞動(dòng)力，還能適應(yīng)一些嚴(yán)酷的天氣。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

金小暄 （1999-），女，朝鮮族，延邊大學(xué)工學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化專業(yè)，本科生.

通訊作者：

趙德金（1975-），男，漢族，博士，單位：延邊大學(xué)工學(xué)院.