劉天豪，王國俊，張凱璐

(太原工業(yè)學(xué)院，山西 太原 030008)

0 引言

目前，機器人的移動方式主要有輪式、履帶式、足式等。據(jù)調(diào)查，地球上仍有近一半的地面不適宜輪式和履帶式機器人行走，而足式機器人在通過簡單的運動后便能夠很好地適應(yīng)復(fù)雜地形，并且四足機器人的承載能力較強、靈活性高、穩(wěn)定性好，具有廣泛的應(yīng)用前景。自從美國于1980年開始研發(fā)第一款仿生四足機器人后，直到2016年，四足機器人才取得顛覆性的發(fā)展。自2016年以來，四足仿生機器人逐漸成為全球研究的熱點，有不同種類的四足仿生機器人問世。由于四足機器人能夠適應(yīng)各種復(fù)雜地形，所以具有很高的研究前景。在災(zāi)害搜救領(lǐng)域，主要利用搜救犬進行救援行動，但對于搜救犬的服從性、注意力、耐久性等具有很高的要求，需要嚴格地訓(xùn)練搜救犬，需要耗費大量的時間和精力，并且搜救犬不能及時地將搜救信息傳送給救援人員，所以需要對搜救領(lǐng)域進行更深入的研究。因此，研究和發(fā)展仿生四足機器人對于搜救領(lǐng)域的發(fā)展具有很深遠的影響。

為了能夠?qū)崿F(xiàn)對搜救工作的靈活控制、適應(yīng)復(fù)雜地形和環(huán)境，本文設(shè)計了一款基于OpenMV無線圖傳技術(shù)的搜救機械狗。這款機械狗具有體型小、體重輕等優(yōu)點，可以在狹小區(qū)域活動并把圖像實時傳輸給操作者，實現(xiàn)輔助搜救功能。

1 搜救機械狗的總體設(shè)計

搜救機械狗的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括控制模塊、運動模塊和圖傳模塊。機械狗的身體為一塊長35 cm、寬10 cm、高10 mm的亞格力板，其上裝有電池、控制模塊(STM32F103ZET6)和藍牙。運動模塊由12個舵機(ZX20D)、8條大小腿和舵機支架組成，腿部的兩個關(guān)節(jié)使用3個舵機實現(xiàn)12個自由度，這樣可以很好地達到受力平衡的效果，也使機械狗本身不受自由度限制，具有很好的靈活性，能夠360°無死角地觀看周圍情況。圖傳模塊包含OpenMV4攝像頭以及與OpenMV4配套的WIFI模塊，用于傳輸圖像。機械狗配有一個用于控制移動和接收信息的APP。

圖1 搜救機械狗的整體結(jié)構(gòu)

2 機械狗的工作原理

進行搜救工作時，操作者將機械狗電源打開并用APP與機械狗的藍牙模塊和WIFI模塊連接后，可在APP中按動按鈕發(fā)送指令控制機械狗的移動，機械狗通過控制模塊中的藍牙來接收指令并完成相應(yīng)動作。將OpenMV攝像頭所獲取到的圖片截取下來壓縮后傳輸至APP，操作者可在APP界面查看。

3 OpenMV無線圖傳的實現(xiàn)

近年來，隨著機器視覺技術(shù)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的模擬圖像處理方式升級為嵌入式視覺處理模塊。本設(shè)計使用星瞳科技OpenMV出品的OpenMv4攝像頭和與其配套的WIFI擴展板。

OpenMV的WIFI擴展板采用atwinc1500 WIFI模組，用于傳輸視頻流，其傳輸速度高達48 Mb/s。連接上其后可將OpenMV變?yōu)橐粋€網(wǎng)絡(luò)攝像頭，采用micro python內(nèi)置的socket網(wǎng)絡(luò)模塊可將數(shù)據(jù)、圖片傳輸至自己的服務(wù)器。

基于OpenMV的圖傳原理如圖2所示。需要設(shè)置熱點的名稱、密碼、端口、工作模式為AP模式(熱點模式)，從客戶端接受請求(允許鏈接熱點)，初始化WINC模塊。使用while語句寫一個無限循環(huán)來傳輸視頻流，首先從攝像頭截取一張圖片，之后將圖像進行壓縮，設(shè)置壓縮的質(zhì)量為35。每傳輸一張圖片便增加一個header，向客戶端發(fā)送圖片header以及其對應(yīng)的圖片，如此往復(fù)將攝像頭獲取的每一幀圖片發(fā)送至客戶端。

圖2 基于OpenMV的圖傳原理

4 APP軟件的設(shè)計

隨著科技的發(fā)展和智能手機的普及，越來越多的APP軟件出現(xiàn)在手機上。人們對于手機APP的依賴也日益增長，所以控制端使用手機APP。

通過HBuilder制作出接收并查看攝像頭視野的網(wǎng)頁，之后使用HBuilder的“一鍵云打包”制作出能夠在手機上下載并運行的移動端APP。設(shè)計的APP界面如圖3所示。

圖3 APP界面

手機端連接上OpenMV的熱點后打開APP便可以看到OpenMV攝像頭的視野。

5 樣機效果

制作的樣機如圖4所示，通過藍牙模塊發(fā)送指令控制其左移、前進、右移、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、后退等。經(jīng)過測試機械狗可接收指令并完成自我運動。打開APP后攝像頭捕捉到的圖像可以實時顯示，顯示流暢不卡頓，滿足預(yù)期效果。

圖4 制作的樣機

6 結(jié)束語

本次設(shè)計使用總線舵機作為機械狗的基本動力來源以及各個關(guān)節(jié)的支架，使其具有12個自由度，可靈活應(yīng)對各種突發(fā)情況。視覺部分的無線圖傳技術(shù)使用了OpenMV攝像頭，具有很大的便捷性，并且使用python這門語言來編寫控制程序，大大降低了開發(fā)的難度。