基于OpenMV的自動發傳單機器人設計

金小暄 金彥繼 李佳龍 張浚哲 趙德金

摘 要：本設計是為了解決在惡劣的天氣里發傳單困難而研發的一款智能發傳單機器人。采用OpenMV機器視覺模塊進行人臉識別，能保證機器人處于人流量大的位置。并使用麥克納母輪，實現機器人全方位移動。本設計實現了OpenMV，樹莓派與arduino之間的通訊，使用激光雷達實現避障。機器人的上半部分采用陀螺儀和電動推桿，來保證發傳單處始終處于水平狀態，以保證取單方便和保證中心位置穩定。并使用語音系統吸引行人，提高發傳單的效率。

關鍵詞：OpenMV;創新設計;自動化;智能;效率高

近年來，為了提高知名度，越來越多的商店采用派發傳單來吸引顧客。但是，在一些較為嚴酷的天氣中，發傳單會影響健康并且效率低。反觀傳單機器人，它采用OpenMV人臉識別技術，能夠自動尋找人群，更可以克服環境的影響，再加上它的新奇，能引起很多人的興趣，故而能夠提高發傳單的效率。

一.結構及原理

本次設計是基于OpenMV的設計，可以分為兩大部分，分別是移動平臺與傳單發送裝置。

移動平臺的控制中心是樹莓派，它分別與OpenMV，arduino通訊，利用激光雷達判斷周圍的狀況。OpenMV是視覺中心，用來進行人臉識別，當識別到的人臉較多時就朝這一方向運動，同時作距離檢測以便準確走到目標地點。Arduino控制移動平臺運動，它接受來自樹莓派的信息，進行相應的處理，輸出高低電平以及相應的PWM波，再通過PID算法，準確的控制電機的轉速，從而控制小車的行駛。

傳單發送裝置位于移動平臺上方，它是由arduino控制的，為了方便行人取傳單，發送裝置需要一定的高度。如果位于不平的地面或者處于斜坡時易導致重心偏移太多，使得取傳單麻煩，甚至會使機器人摔倒。因此需要對裝置進行平衡處理，本設計采用陀螺儀MPU6050，該陀螺儀X與Y軸的數據較為穩定，如果X與Y軸的示數與零相差較大時可以自行調整推桿，從而保證發送裝置始終保持水平。發送裝置中，通過軸的轉動將傳單一張張送出來。為了控制傳單送出速度，需要控制軸與底板的距離，可以保證輸出的傳單始終單張。在出單的位置安裝光感傳感器，當接收到光信號時，電機工作，出單后便把光敏傳感器遮上，沒有取走的話不會出下一張。如圖1-1，1-2所示。

二.機器人硬件設計

2.1 移動平臺設計

移動平臺作為機器人關鍵的部分之一，它采用麥克納母輪，在不改變車身方向的前提下可以自由移動，使小車轉動時也可以承受較小的摩擦力。但是使用麥克納母輪時電機轉速之間的關系需要較高的要求，需要采用PID算法。電機采用大扭矩直流減速電機（自帶編碼器），這樣可以控制其轉速。移動平臺的控制核心是樹莓派，樹莓派是一臺功能完整的迷你電腦。選用樹莓派作為主控板能夠很好地與OpenMV;arduino通訊，從而實現設計的目的。

2.2 OpenMV

OpenMV是一個開源，成本低且功能強大的機器視覺模塊，是“帶機器視覺功能的Arduino”。它可以控制其他的硬件，包括單片機模塊 [6]它也可以被其他單片機模塊控制，這個特點使得它可以很靈活的和其他流行的模塊配合，實現復雜的產品功能。另外，他擁有人臉識別的算法，還能進行距離檢測，從而實現定位讓移動平臺穩定的運動到目標位置。

2.3 激光雷達、光敏傳感器 MPU6050

為了防止機器人被撞壞，本設計使用激光雷達，能夠全方位的判斷是否有物體靠近進而實現全方位避障。光敏傳感器是傳單發送裝置的核心之一，它位于出單的位置上，當有人拿走傳單時，光敏傳感器裸露在光線下，與是傳遞信號給arduino，從而控制出單的主軸轉動。

2.4 語音功能

本設計采用的是Respeaker Core AI智能語音模塊，它的識別效果十分優秀，在使用前內置一些基本的簡單的問答問題，可以實現一些基本功能。最終實現取完傳單道謝的功能。

三.機器人軟件設計

3.1 OpenMV的角色

OpenMV作為機器人的眼睛，為了提高發傳單效率，需要機器人處于人流量較大的場所，為了正確的找到人口集中的地方需要機器人完成人臉識別。OpenMV利用的是Haar算子來實現人臉識別的，其算法要點有四個。

3.2激光雷達——避障

激光雷達的原理是先發射出一束激光，在經過物體的反彈后能夠接收，再將發出的信息與接收的信息進行對比處理，就可以得到相應的距離數據，另外YDLIDAR X4是一個不斷旋轉的激光雷，這樣就可以記錄下各個方向的情況了。

3.3串口通訊

本設計采用的是URAT通訊方式，已經實現了樹莓派與arduino和OpenMV之間的通訊。能夠實時接收來自arduino與OpenMV的信息，并能夠做出回應，是一種全雙工的方式。

四.系統搭建與調試

4.1 移動平臺

移動平臺需要實現避障，全方位移動，視覺跟隨，人臉識別等功能。在機器啟動的時候開始原地打轉，尋找人臉，當檢測到人臉數目超過某一值時，OpenMV開始計算距離并且開始向該方向運動，同時開啟激光雷達，如果檢測到前方有人的時候，移動平臺開始側移，繞開障礙物，當距離小于某一值時停止，開始發送傳單任務。如果長時間沒有人取傳單時，機器人會再次運行，重新尋找目標。

4.2 傳單發送

發送傳單時必須單張出來，同時也要保證傳單被取走時有新的傳單出來。算法，傳單發送裝置一直處于工作中，傳單被取走后，光敏電阻檢測到光，此時開始出單，同時，arduino給語音識別模塊一個信號，語音識別模塊開始播報。

五.結語

本設計是基于OpenMV的一種自動發傳單機器人，機器人能夠高效的發放傳單，吸引行人注意，有效的提高商家的知名度。另外結構上利用陀螺儀與電動推桿，使得取傳單容易，也使機器人更加穩定。比起人力發傳單，它的工時更長，效率更高，能夠大大減小勞動力，還能適應一些嚴酷的天氣。

參考文獻：

[1]劉勝金，周海燕，楊溢凡，張雨婕，黃銘志，張怡杰.基于樹莓派的智能小車系統[J].電腦知識與技術，2019，15（14）：158-160.

[2]吳波濤，孔金平，王湘.基于Arduino和樹莓派的智能小車的設計與實現[J].電子設計工程，2017，25（15）：58-61.

[3]葉長龍，馬可，根回麗.一種全方位移動機器人[J].中國科學：信息科學，2011（2）：56-64.

[4]白燕.基于 AdaBoost 的人臉檢測算法研究[J].現代計算機（專業版），2019（09）：75- 79.

[5]高宇.基于 haar 特征的運動人體檢測[D]. 長春：吉林大學，2013.

[6]劉義亭，董夢超，黃家才，范子霄，宗文錦，郭婧.基于OpenMV的目標跟蹤系統設計[J].南京工程學院學報（自然科學版），2019，17（01）：39-44.

作者簡介：

金小暄 （1999-），女，朝鮮族，延邊大學工學院農業機械化及其自動化專業，本科生.

通訊作者：

趙德金（1975-），男，漢族，博士，單位：延邊大學工學院.