基于Nano的机器导盲犬 摘要在四足机器人快速发展的今天，导盲这个领域仍然是少数人注意到的。而设计并制作一台可以自动识别路况并实现导盲功能的导盲犬可以为盲人出行起到极大地作用。本项目旨在制作一台用无刷电机、电调和磁编码器进行行走方式的控制，再加上环境温湿度、光照等模块的使用，使得使用者可以及时了解当前环境，并且可以存储地图路线，获取实时画面之后进行危险检测、路况分析。激光雷达构建地图，实现寻路。 关键词：导盲，路况识别，传感器 引言 随着科技的飞速发展，人们的生活已经进入了智能化时代，智能家居、智能手环的不断更新，无人驾驶已经在研发的道路上越来越成熟。科技在逐渐造福人类，但同时也有科技还未深入实现的地方，例如机器导盲的实现。 1 国内外研究现状 目前来自不同国家的主流四足仿生机器人特点突出，技术先进，其中包括：美国的Spot系列机器狗、“阿尔法狗”、第三代“猎豹”机器人；瑞士的“ANYmal”以及中国的四足仿生机器人，目前 “波士顿动力”机器人已经在市场上销售，值得一提的是，国内的四足仿生机器人的上游供应商在电机、电控、电池积累了丰富的经验和技术，例如小象电动；下游已在物资运输、火力打击、侦察引导、巡视、教育、快递等领域进行测试。 第三代猎豹机器人（Cheetah 3）由麻省理工学院研制，可以实现跳跃、在崎岖的地形驰骋或爬上堆满杂物的楼梯，并在遇到突然的猛拉、推搡时能迅速恢复其平衡。令人惊讶的是，它实现这些动作不依靠视觉和任何外部传感器，全凭控制算法，能轻松爬上满是障碍物的楼梯，在突然被猛推或猛拉时迅速恢复平衡。 我国虽然研发机器人起步落后，但研发速度快，牢牢抓住电机、电控、电池为核心的生产研发电动机器人的三大要素，以小象电动自主研发的一体化机器人电驱动关节电机为基础，为国产智慧的四组仿生机器人提供了可能。目前已经完成四足仿真机器人的研发试验和生产，用于物资运输、巡视、教育、快递等领域。2 项目内容 设计并制作一只基于Nano和STM32F407单片机的机器导盲犬，导盲犬共分为两部分：一部分是基础功能的实现，使用STM32F407开发板以及使用无刷电机、电调和磁编码器进行行走方式的控制，再加上环境温湿度、光照等模块的使用，同时使用语音模块实现使用者的语音输入与导盲犬的语音输出，使得使用者可以及时了解当前环境。 另一部分则是视觉识别的功能。使用Nano存储地图路线，工业相机获取实时画面，交给Nano进行危险检测、路况分析。激光雷达构建地图，实现寻路。 3 软硬件介绍 利用FreeRTOS操作系统可以为每个代码的运行分配相适应的内存空间，使CPU的资源可以更加合理的应用，不需要冗余的应用软件，使得系统的实时监测水平更加的可靠。FreeRTOS还可以利用内部的优先级算法，根据每件任务的重要程度来分配事件发生的顺序，CPU总是优先处理处于就绪状态且优先级靠前的任务。FreeRTOS还支持不同的任务来使用相同的优先级，在没有更高优先级任务就绪的情况下，同一优先级的任务共享CPU的使用时间。 在硬件电路上，我们自研了基于ESP32的双路FOC控制器，代码采用开源的SimpleFOC，实现双路无刷电机的矢量控制。支持两路IIC编码器，两路SPI编码器，同时两路IIC还可以复用为两路ABZ编码器。 电机预计选用MD36NP27P行星减速电机，编码器选用AS5600磁编码器，使用PID闭环算法控制，分别对速度环、角度环、电流环进行算法的建立和程序参数的调试，同时建立MATLAB模型，结合逆运动学分析和步态规划代码，实现对行走的精准控制。 在视觉识别上，我们使用YOLOv5s进行危险、路况检测，并转为TensorRT加速部署在Nano的DeepStream上。DeepStream是用于构建AI驱动的应用程序的流分析工具包。它以流数据作为输入-来自USB / CSI摄像机，来自文件的视频或基于RTSP的流，并使用AI和计算机视觉从像素中生成洞察力，以更好地了解环境。Nano配置ROS环境，实现对机器人的控制。rviz是ROS中一款三维可视化平台，一方面能够实现对外部信息的图形化显示，另外还可以通过rviz给对象发布控制信息，从而实现对机器人的监测与控制。 4 结束语 本文主要是对基于单片机的机械导盲犬的一个整体概述，利用单片机和FreeRTOS操作系统对各个组件进行控制，利用传感器来对数据进行采集，将这一系列的软硬件结合在一起就能够实现对环境的实时监测，在该领域进行智能化和自动化的研究，将人工智能进一步深入生活，更加便利大众生活。 参考文献 [1]于隽鹏. 便携式环境监测装置[D].黑龙江大学,2017. [2]李建新. 遥感与地理信息系统[M].中国环境科学出版社,2006. [3]郭纪佑. 基于FreeRTOS的嵌入式脉冲中子发生器控制系统的设计[D].东北师范大学,2020. [4]邹磊,陈伟利,王亚娟,吴金龙.基于ESP8266 Wi-Fi模块的照明节能系统[J].科学技术创新,2021(20):159-160. 项目作者: 闫鹏国 牛雪松 刘宇 基金项目:辽宁科技大学大学生创新创业计划专项经费资助项目(项目编号: X202110146141）。 作者简介:闫鹏国(2000- )，男，山西省大同市，本科。研究方向:自动化 本文来源：https://www.wddqw.com/doc/4bc49393baf3f90f76c66137ee06eff9aff8495b.html