Cadeira de rodas controlada por visão computacional com manequim: 6 etapas (com fotos)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2025-01-23 15:03

Projeto de AJ Sapala, Fanyun Peng, Kuldeep Gohel, Ray LC. Instrutível por AJ Sapala, Fanyun Peng, Ray LC.

Criamos uma cadeira de rodas com rodas controlada por uma placa Arduino, que por sua vez é controlada por um raspberry pi rodando openCV via Processing. Quando detectamos rostos no openCV, movemos os motores em sua direção, virando a cadeira de rodas para que fique de frente para a pessoa, e o manequim (pela boca) tirará uma foto muito assustadora e a compartilhará com o mundo. Isso é mau.

Etapa 1: Projeto, protótipo e esquema da cadeira de rodas

O conceito inicial baseava-se na ideia de que uma peça móvel seria capaz de espionar colegas desavisados e tirar fotos feias deles. Queríamos ser capazes de assustar as pessoas avançando em direção a elas, embora não tenhamos antecipado que os problemas mecânicos do motor seriam tão difíceis. Consideramos características que tornariam a peça o mais envolvente (de uma forma maligna) possível e decidimos implementar um manequim em uma cadeira de rodas que pode se mover em direção às pessoas usando a visão computacional. Um protótipo do resultado foi feito por AJ de madeira e papel, enquanto Ray e Rebecca fizeram o OpenCV rodar em um pi de framboesa, garantindo que rostos possam ser detectados de forma confiável.

Etapa 2: Materiais e configuração

1 cadeira de rodas (https://www.amazon.com/Medline-Lightweight-Transpo…

2 motores de scooter

2 placas de motor Cytron

1x arduino UNO R3 (https://www.amazon.com/Arduino-Uno-R3-Microcontrol…

1x raspberry pi 3 (https://www.amazon.com/Raspberry-Pi-RASPBERRYPI3-M…

1 câmera raspberry pi v2 (https://www.amazon.com/Raspberry-Pi-Camera-Module-…

1 bateria recarregável 12v

Madeira compensada

L-colchetes

piso de borracha

Etapa 3: Fabricação de motor para fixação de cadeira de rodas e cabeça de manequim

AJ fabricou um aparelho que fixa os motores da scooter (2) na parte inferior da cadeira de rodas e prendeu o suporte de passo a uma correia dentada de borracha feita sob medida. Cada motor é instalado separadamente e fixado a uma roda correspondente. Duas rodas, dois motores. Os motores são então alimentados com energia e aterrados através de duas placas de motor Cytron para Arduino (1) para Raspberry Pi (1), todos os elementos são alimentados com uma bateria recarregável de 12 volts (1). Os aparelhos motores foram criados com compensado, colchetes em L, colchetes e fechos de madeira. Ao criar uma cinta de madeira em torno do motor real, a instalação do motor na parte inferior da cadeira de rodas foi muito mais fácil e pode ser movida para apertar a correia dentada. Os aparelhos motores foram instalados perfurando a estrutura de metal da cadeira de rodas e aparafusando a madeira à estrutura com suportes em L.

As correias dentadas foram feitas de piso de borracha. O piso de borracha já tinha um passo que era semelhante em tamanho ao suporte giratório dos motores. Cada peça foi cortada para a largura que funciona com o suporte giratório do motor. Cada pedaço de borracha cortada foi fundida criando uma “correia” lixando uma extremidade e a extremidade oposta e aplicando uma pequena quantidade de cola de barcaça para conectar. A barcaça é muito perigosa, e você deve usar uma máscara ao usá-la, também use ventilação. Criei várias variedades de tamanhos de correias dentadas: super apertadas, justas, moderadas. O cinto então precisava ser conectado à roda. A própria roda tem uma pequena área de superfície na base para acompanhar uma correia. Este pequeno espaço foi aumentado com um cilindro de papelão com borracha de correia dentada colada a quente em sua superfície. Dessa forma, a correia dentada poderia agarrar a roda para ajudá-la a girar em sincronia com o motor giratório da scooter.

AJ também criou uma cabeça de manequim que integra o módulo de câmera do Raspberry Pi. Ray usou a cabeça do manequim e instalou a câmera Pi e a placa na região da boca do manequim. Slots foram criados para as interfaces USB e HDMI, e uma haste de madeira é usada para estabilizar a câmera. A câmera é montada em uma peça impressa em 3D personalizada que possui um anexo para parafusos 1 / 4-20. O arquivo está anexado (adotado para ajuste por Ray de thingaverse). AJ criou a cabeça usando papelão, fita adesiva e uma peruca loira com marcadores. Todos os elementos ainda estão em estágio de protótipo. A cabeça do manequim foi amarrada ao corpo de um manequim feminino e colocada no assento da cadeira de rodas. A cabeça foi presa ao manequim por meio de uma haste de papelão.

Etapa 4: redigindo e calibrando o código

Rebecca e Ray primeiro tentaram instalar o openCV diretamente no raspi com python (https://pythonprogramming.net/raspberry-pi-camera-… entretanto, não parece funcionar ao vivo. Eventualmente, após muitas tentativas de instalar o openCV usando python e falhando, decidimos usar o Processing no pi porque a biblioteca openCV no Processing funciona muito bem. Consulte https://github.com/processing/processing/wiki/Rasp … Observe também que ele funciona com as portas GPIO que podemos usar para controlar o arduino usando comunicação serial.

Ray escreveu o código de visão computacional que se baseia no arquivo xml anexado para detectar rostos. Basicamente, ele vê se o centro do retângulo da face está à direita ou à esquerda do centro, e move os motores em direções opostas de modo a girar a cadeira na direção da face. Se o rosto estiver perto o suficiente, os motores são parados para tirar uma foto. Se nenhum rosto for detectado, também paramos para não causar ferimentos desnecessários (você pode alterar essa funcionalidade se achar que não é ruim o suficiente).

Rebecca escreveu o código do Arduino para fazer a interface com a placa do motor usando a comunicação serial com o Processing no pi. As chaves importantes são abrir a porta serial USB ACM0 para o Arduino e conectar o raspberry pi ao Arduino por meio de um cabo USB. Conecte o Arduino com um driver de motor DC para controlar a velocidade e direção de um motor, enviando comandos de direção e velocidade do raspberry pi para o Arduino. Basicamente, o código de processamento de Ray informa ao motor a velocidade necessária enquanto o Arduino faz uma estimativa razoável da duração do comando.

Etapa 5: integre a cadeira de rodas, o manequim e o código e teste

Juntando todas as peças, descobrimos que o principal problema era a conexão do motor às rodas da cadeira de rodas, pois as correias dentadas frequentemente escorregavam. Ambos os motores foram instalados com o

cadeira de rodas de cabeça para baixo para facilitar a instalação. Ambos os motores operaram bem enquanto conectados a uma fonte de bateria de 12 volts. Quando a própria cadeira de rodas foi virada para cima, os motores tiveram problemas para mover a cadeira para trás e para a frente devido ao peso da própria cadeira. Tentamos coisas como mudar as larguras da correia dentada, adicionar pinos às laterais da correia e aumentar a força motriz, mas nenhuma funcionou de forma confiável. No entanto, fomos capazes de demonstrar claramente quando os rostos estão em cada lado da cadeira, o os motores se moverão na direção oposta apropriada devido à detecção de rosto com o raspberry pi, de forma que os códigos de processamento e Arduino funcionem como pretendido e os motores possam ser controlados de forma adequada. Os próximos passos são criar uma maneira mais robusta de movimentar as rodas da cadeira e tornar o manequim estável.

Etapa 6: aproveite sua nova cadeira de rodas de manequim do mal

Aprendemos muito sobre a fabricação de motores e drivers. Conseguimos executar a detecção de rosto em uma pequena máquina com caroço de framboesa. Descobrimos como controlar motores com placas de motor e como funciona a potência dos motores. Fizemos alguns manequins e figuras e protótipos legais, e até colocamos uma câmera em sua boca. Nós nos divertimos como uma equipe tirando sarro de outras pessoas. Foi uma experiência gratificante.