基于OpenMV无线图传技术的搜救机械狗设计

刘天豪，王国俊，张凯璐

(太原工业学院，山西 太原 030008)

0 引言

目前，机器人的移动方式主要有轮式、履带式、足式等。据调查，地球上仍有近一半的地面不适宜轮式和履带式机器人行走，而足式机器人在通过简单的运动后便能够很好地适应复杂地形，并且四足机器人的承载能力较强、灵活性高、稳定性好，具有广泛的应用前景。自从美国于1980年开始研发第一款仿生四足机器人后，直到2016年，四足机器人才取得颠覆性的发展。自2016年以来，四足仿生机器人逐渐成为全球研究的热点，有不同种类的四足仿生机器人问世。由于四足机器人能够适应各种复杂地形，所以具有很高的研究前景。在灾害搜救领域，主要利用搜救犬进行救援行动，但对于搜救犬的服从性、注意力、耐久性等具有很高的要求，需要严格地训练搜救犬，需要耗费大量的时间和精力，并且搜救犬不能及时地将搜救信息传送给救援人员，所以需要对搜救领域进行更深入的研究。因此，研究和发展仿生四足机器人对于搜救领域的发展具有很深远的影响。

为了能够实现对搜救工作的灵活控制、适应复杂地形和环境，本文设计了一款基于OpenMV无线图传技术的搜救机械狗。这款机械狗具有体型小、体重轻等优点，可以在狭小区域活动并把图像实时传输给操作者，实现辅助搜救功能。

1 搜救机械狗的总体设计

搜救机械狗的整体结构如图1所示，包括控制模块、运动模块和图传模块。机械狗的身体为一块长35 cm、宽10 cm、高10 mm的亚格力板，其上装有电池、控制模块(STM32F103ZET6)和蓝牙。运动模块由12个舵机(ZX20D)、8条大小腿和舵机支架组成，腿部的两个关节使用3个舵机实现12个自由度，这样可以很好地达到受力平衡的效果，也使机械狗本身不受自由度限制，具有很好的灵活性，能够360°无死角地观看周围情况。图传模块包含OpenMV4摄像头以及与OpenMV4配套的WIFI模块，用于传输图像。机械狗配有一个用于控制移动和接收信息的APP。

图1 搜救机械狗的整体结构

2 机械狗的工作原理

进行搜救工作时，操作者将机械狗电源打开并用APP与机械狗的蓝牙模块和WIFI模块连接后，可在APP中按动按钮发送指令控制机械狗的移动，机械狗通过控制模块中的蓝牙来接收指令并完成相应动作。将OpenMV摄像头所获取到的图片截取下来压缩后传输至APP，操作者可在APP界面查看。

3 OpenMV无线图传的实现

近年来，随着机器视觉技术的飞速发展，传统的模拟图像处理方式升级为嵌入式视觉处理模块。本设计使用星瞳科技OpenMV出品的OpenMv4摄像头和与其配套的WIFI扩展板。

OpenMV的WIFI扩展板采用atwinc1500 WIFI模组，用于传输视频流，其传输速度高达48 Mb/s。连接上其后可将OpenMV变为一个网络摄像头，采用micro python内置的socket网络模块可将数据、图片传输至自己的服务器。

基于OpenMV的图传原理如图2所示。需要设置热点的名称、密码、端口、工作模式为AP模式(热点模式)，从客户端接受请求(允许链接热点)，初始化WINC模块。使用while语句写一个无限循环来传输视频流，首先从摄像头截取一张图片，之后将图像进行压缩，设置压缩的质量为35。每传输一张图片便增加一个header，向客户端发送图片header以及其对应的图片，如此往复将摄像头获取的每一帧图片发送至客户端。

图2 基于OpenMV的图传原理

4 APP软件的设计

随着科技的发展和智能手机的普及，越来越多的APP软件出现在手机上。人们对于手机APP的依赖也日益增长，所以控制端使用手机APP。

通过HBuilder制作出接收并查看摄像头视野的网页，之后使用HBuilder的“一键云打包”制作出能够在手机上下载并运行的移动端APP。设计的APP界面如图3所示。

图3 APP界面

手机端连接上OpenMV的热点后打开APP便可以看到OpenMV摄像头的视野。

5 样机效果

制作的样机如图4所示，通过蓝牙模块发送指令控制其左移、前进、右移、左转、右转、后退等。经过测试机械狗可接收指令并完成自我运动。打开APP后摄像头捕捉到的图像可以实时显示，显示流畅不卡顿，满足预期效果。

图4 制作的样机

6 结束语

本次设计使用总线舵机作为机械狗的基本动力来源以及各个关节的支架，使其具有12个自由度，可灵活应对各种突发情况。视觉部分的无线图传技术使用了OpenMV摄像头，具有很大的便捷性，并且使用python这门语言来编写控制程序，大大降低了开发的难度。