Αυτόματος περιστροφικός - αναδιπλούμενος 4DOF ρομποτικός βραχίονας εντοπισμού κινήσεων και αναγνώρισης προσώπων

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία ανήκει στη κατηγορία «Έξυπνο σπίτι» και δημιουργήθηκε με σκοπό τον έλεγχο και την παρακολούθηση ενός δωματίου, καθώς και την προστασία του από επίδοξους ληστές. Είναι σημαντικό να αναφερθεί ότι το ρομπότ χωρίζεται, για την πλήρη και σωστή λειτουργία και κατανόηση του, σε δύο διπλωματικές: α) Αυτόματος περιστροφικός – αναδιπλούμενος 4DOF ρομποτικός βραχίονας εντοπισμού κινήσεων και αναγνώρισης προσώπων και β) Ανάπτυξη λογισμικού αναγνώρισης και παρακολούθησης προσώπων μέσω κάμερας τοποθετημένης σε περιστροφικό – αναδιπλούμενο βραχίονα ελεγχόμενο από μικροϋπολογιστή του συμφοιτητή και συνεργάτη Τερζόγλου Χρήστου. Ο σχεδιασμός του ρομποτικού βραχίονα, πραγματοποιήθηκε και μοιράστηκε στο διαδίκτυο από έναν Ολλανδό Μηχανολόγο Μηχανικό ονόματι Yvo de Haas στο πλαίσιο ενός διαγωνισμού για φωτιστικά. Βασίστηκε σε ένα φανταστικό χαρακτήρα, από το παιχνίδι «Portal 2», ονόματι GLaDOS (Genetic Lifeform and Disk Operating System), το οποίο έχει τον απόλυτο έλεγχο ενός κέντρου επιστημονικής έρευνας. Ο βραχίονας είναι 4 περιστροφικών βαθμών ελευθερίας (DOF), διαθέτοντας 4 κινητήρες που το φέρνουν στη ζωή. Ο κεντρικός κινητήρας βρίσκεται στη βάση της και τον περιστρέφει 360ο δίνοντας του ολοκληρωμένη ορατότητα σε ένα χώρο. Διαθέτει τρεις μικρούς σερβοκινητήρες 120 ο στην πλάτη, στο λαιμό και στο κεφάλι που προσθέτουν επιπρόσθετες κινήσεις και εμβέλεια στη κάμερα που βρίσκεται τοποθετημένη στο κεφάλι της. Στη βάση του, εξωτερικά, υπάρχουν 4 αισθητήρες κίνησης (PIR sensors), οι οποίοι στέλνουν σήμα, αν αντιληφθούν κίνηση, στον μικροελεγκτή που κουνάει τον κεντρικό κινητήρα δεξιά - αριστερά προς την κατεύθυνση του αισθητήρα που δήλωσε κίνηση και ενεργοποιούν την κάμερα. Στην περίπτωση που η κάμερα εντοπίσει κάποιο πρόσωπο, αναλαμβάνει τον έλεγχο του αυτόματου και καθοδηγεί τους κινητήρες, ώστε να έχει πάντα στο κέντρο της αυτό το πρόσωπο. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, η κάμερα καταγράφει βίντεο αν το πρόσωπο δεν έχει αναγνωριστεί, αλλιώς απλά ακολουθεί το πρόσωπο μέσα στο χώρο μέχρις ότου να εξαφανιστεί από το πεδίο της κάμερας και να ξαναπάρουν τον έλεγχο οι αισθητήρες. Αξιοσημείωτο είναι το γεγονός ότι για την καλύτερη οπτική εμβέλεια του ρομπότ μπορεί να τοποθετηθεί στη μέση του δωματίου αντικαθιστώντας το υπάρχων φωτιστικό, διαθέτοντας κυκλικά στη βάση 8 δυνατούς λαμπτήρες που φωτίζουν επαρκώς το χώρο και μπορούν να ελεγχθούν από κουμπί. Επιπλέον το ρομπότ είναι ικανό να λειτουργεί σε απόλυτο σκοτάδι. Με το που υπάρξει κίνηση και η φωτοαντίσταση αντιληφθεί σκοτάδι, στέλνεται σήμα στα φώτα να ανοίξουν ώστε να συνεχίσει η κάμερα την αναγνώριση ή την παρακολούθηση προσώπου. Τέλος, όλες οι παραπάνω διαδικασίες γίνονται πράξη μέσω ενός Arduino Pro Micro, που χειρίζεται όλα τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα του βραχίονα, συνδεδεμένο σειριακά σε ένα Raspberry Pi 4, που διαχειρίζεται όλες τις λειτουργίες τις κάμερας.