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Intel Edison 智能搶險救災機器人

2019/08/27

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近年來，地震、礦難、火災、海嘯、核輻射、交通事故等各類災難事故頻發(fā)，嚴重危害了人們的生命安全，造成家庭和社會的很大損失。更嚴重的是，在災難事故發(fā)生后，許多情況是因為受到環(huán)境影響而制約救援，不能第一時間到達救災現場而耽誤救援時間，從而使人們的生命財產收到了嚴重的威脅。面對極其危險與惡劣的災難救援環(huán)境，運用智能救援機器人進行搜救是一種很好的搜救方法，并得到越來越多研究人員的關注。智能救援機器人不但能夠幫助工作人員執(zhí)行救援工作，而且有時能夠代替工作人員執(zhí)行搜救任務，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，我們設計了一款智能搜救機器人，可以探測惡劣環(huán)境中的各項參數。并能實時地將災難現場的第一手寶貴資料傳回營救中心，以幫助救援指揮部做出正確的判斷。

本設計是基于Intel Edison開發(fā)的一款智能搜救機器人，可以在惡劣環(huán)境中獲取各項環(huán)境指標，并能實時的將災難現場的第一手寶貴資料傳回營救中心，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，而且有時能代替工作人員執(zhí)行搜救任務，能有效率的提高救援效率和減少救援人員的傷亡。

該機器人主要包含以下幾種功能：

1.險區(qū)環(huán)境監(jiān)測實時掌握災難現場第一手寶貴資料。

2.藍牙/433M多端遙控適應各種復雜控制環(huán)境，提高了機器人環(huán)境適應性。

3.微信連接使用微信即可控制機器人，讓每個人都可以使用。

4.實時現場視頻傳輸更有利于觀察不易到達地方的具體環(huán)境狀況。

5.人臉識別&人體紅外檢測能夠快速定位受困人員，并實施救援工作。

6.智能語音播報可以隨時為被困人員傳達信息，有利于被困人員自救。

7.智能太陽能尋光充電更加智能節(jié)能環(huán)保。

本機器人系統(tǒng)由各系列傳感器設備，語音系統(tǒng)，攝像頭采集，核心控制等組成。通過WiFi模塊和藍牙模塊實時傳輸險區(qū)的環(huán)境信息到控制者的手機端，另外可使用機器人的人臉識別以及人體紅外監(jiān)測來尋找被困人員，使控制者可以遠程操控進行人員搜救工作。

1.險區(qū)環(huán)境監(jiān)測：

該智能搜救機器人環(huán)境監(jiān)測部分主要由：光照強度傳感器；噪聲傳感器；溫度傳感器；有害氣體傳感器組成；通過這些傳感器，方便救援人員了解險區(qū)的各項環(huán)境指標。

1.1:光強監(jiān)測: 光照度傳感器采用對弱光也有較高靈敏度的硅蘭光伏探測器作為傳感器；根據不同的測量場所，配合不同的量程具有線性度好、防水性能好、抗干擾能力強等特點。可以讓救援機器人在大約1個燭光1米距離的光亮度下工作，也可在夏日晴天強光下照度為 10萬 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: 噪聲傳感器正是由于傳感器內置一個對聲音敏感的電容式駐極體話筒,聲波使話筒內的駐極體薄膜振動，導致電容的變化，而產生與之對應變化的微小電壓，從而實現光信號到電信號的轉換。再通過核心控制器處理其相關電信號獲得參數。其聲音分辨率在1HZ。分貝數在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對象互不接觸，可用來測量運動物體、小目標和熱容量小或溫度變化迅速（瞬變）對象的表面溫度，也可用于測量溫度場的溫度分布。測量準確度：0.01級;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氣體傳感器，該傳感器可以用于監(jiān)測險區(qū)是否有液化氣等可燃氣體泄漏，可提前做好人員疏散工作。

2．藍牙/433M多端遙控

藍牙支持點對點以及點對多點的通信，以無線方式將家庭或辦公室中的各種數據和語音設備連成一個微微網（Pico－net），幾個微微網還可以進一步實現互聯，形成一個分布式網絡（scatter－net），從而在這些連接設備之間實現快捷而方便的通信。機器人使用藍牙控制，方便用戶可以使用手機等設備進行連接使用，也可以方便以后多端多方位控制機器人，從而適應不同的地形條件。

433M數據發(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，當環(huán)境溫度在－25～+85度之間變化時，頻飄僅為3ppm/度。使用該模塊與藍牙模塊互補。方便機器人適應一些惡劣的控制環(huán)境，使機器人更加方便。

3.微信連接

該機器人暫時使用了一個免費好用的網絡服務器-微信公眾號平臺，通過微信公眾號為每個機器人分配一個ID，用戶關注該公眾號發(fā)送關鍵字就可以讓機器人的各數據環(huán)境信息反饋到用戶的手機之上，方便了普通家庭用戶的使用，后期可提供一般網絡服務器服務，用戶通過網頁登錄即可使用。

4.實時現場視頻傳輸

4.1:視頻圖像采集: 通過攝像頭采集視頻圖像，并將視頻圖像進行壓縮編碼。若采用高清攝像頭，則圖像可以達到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，因為壓縮率高，可減小文件大小，增加傳輸速率。我們采用的Intel edison平臺帶有一個雙核、雙線程32bit AtomZ34XX系列處理器和Quark處理器，高速而強大的CPU可以運行主流的實時嵌入式操作系統(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，在某些不需要實時監(jiān)控的場所，就可以啟用低功耗模式；高清晰且連續(xù)的視頻碼流，適合于絕大多數算法應用的需求，便于實現機器人的功能。

4.2:視頻圖像本地存儲和上傳:攝像頭采集到的圖像既可以選擇本地存儲和上傳，也可以選擇直接上傳，選擇哪種方式是根據用戶需要和系統(tǒng)的配置決定的。本地存儲的介質可以是SD卡，也可以是edison自帶內存，兩種介質系統(tǒng)都可以支持。上傳可以是無線網絡，通過BCM43340 a/b/g/n多協議支持WiFi 上傳至服務器通過網頁登錄可觀看視頻。

5.人臉識別&人體紅外檢測

人體紅外檢測使用人體紅外檢測模塊可以在近距離感應人的存在，從而發(fā)現受困人員。

人臉檢測使用的是OpenCV庫進行人臉識別，檢測記點(眼睛、耳朵、鼻子等的位置)用來構造一個特征向量(點與點之間的距離、角度等)。通過計算測試和訓練圖像的特征向量的歐氏距離來進行識別，然后通過圓圈標記出人臉，通過機器人自帶的顯示屏顯示出來，也可以通過WIFI 傳輸至服務器，通過網頁顯示出標記的人臉和發(fā)現人臉的個數。

6.智能語音播報

可以通過手機控制機器人與受困人員進行語音交流，可以了解受困人員的健康狀況和需求情況，可以通過語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. 智能太陽能尋光充電

通過控制機器人四處移動，來獲取相對位置對應的光照強度，通過比對兩個光照強度傳感器的強度，判斷機器人移動方向，通過SD卡記錄下來對機器人通過神經網絡進行訓練，讓機器人可以在不使用的時候自己去尋找一個光照較強的地方進行充電。

在后期的開發(fā)之中我們會為機器人增加4個超聲波模塊和兩個編碼器。通過四個超聲波模塊獲取機器人所處的相對位置，通過編碼器獲得機器人所移動的相對位置，存入SD卡，對機器人進行訓練，讓機器人可以在自行控制的情況下進行自主路徑規(guī)劃。

8.開發(fā)平臺介紹

Edison的芯片包含一顆時鐘頻率為 500 MHz 的英特爾? 凌動™ 處理器和 4GB 托管閃存。這樣我們就可以用它強大的處理功能去跑openCV 做視頻傳輸人臉識別等功能。其內置WiFi模塊和低功耗藍牙模塊更方便了我們將機器人連接到云端，讓大家可以通過手機APP和微信控制機器人。

由于當時Edison剛剛發(fā)布，以至于網上的資料很少，我在當時的學習過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人都可以制作出高大上的機器人。

9.作品演示

演示視頻:

1.Intel ediosn 機器人視頻人員搜救演示

2.Intel ediosn 機器人遙控視頻演示

3.Intel ediosn 機器人環(huán)境監(jiān)測演示

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9.1.首先給大家展示的是視頻傳輸+openCV人臉識別

視頻圖像可通過車身自帶TFT液晶屏顯示，也可以通過云端傳輸到手機顯示，如截圖識別JJ的寫真照片，JJ好帥

9.2 手機APP遙控

一個簡單的APP可以通過APP開啟視頻傳輸，放音樂，當然各位也可以自己加功能，比如加個探照燈，或者是一些小武器之類，機械臂也可以

9.3微信控制

通過微信，當然也可以開啟攝像頭進行人臉識別，因為視頻是通過一個小網頁顯示的所以可以用在各處，另外微信呢，可以通過發(fā)送關鍵信息，來監(jiān)測機器人所處地域的光照、溫度、聲音和有害氣體，當然如果你喜歡你可以添加更多模塊實現更多功能。微信端我使用的也是SmartNode官方提供的公眾號，因為很方便，如果大家有興趣，可以自己搭一個出來，也很簡單。