Κατασκευή ρομπότ για φύλαξη χώρου με αυτόνομη ή τηλεχειριζόμενη λειτουργία μέσω συσκευής Android

Abstract

Η παρούσα εργασία έχει σαν στόχο την παρακολούθηση ενός κλειστού χώρου με την χρήση μιας αυτόνομης κινούμενης ρομποτικής πλατφόρμας. Επιτρέπει στον κάτοχό της να ελέγχει το περιβάλλον στο οποίο κινείται το ρομπότ παρά το ότι βρίσκεται σε απόσταση από το συγκεκριμένο χώρο. Αυτό πραγματοποιείται ελέγχοντας και ανιχνεύοντας είτε αυτόνομα είτε χειροκίνητα εξ αποστάσεως την είσοδο στον χώρο αλλά και την κίνηση μέσα σε αυτόν κάποιου ανθρώπου ή ζώου ειδοποιώντας τον χειριστή.Για την επίτευξη των παραπάνω θα πραγματοποιηθεί έρευνα για την επιλογή των κατάλληλων αισθητηρίων ανίχνευσης κίνησης, απόστασης αλλά και των κατάλληλων μέσων(υλικών) που θα ανταποκρίνονται στις συνθήκες του κλειστού χώρου. Επίσης θα συγγραφεί και το απαραίτητο λογισμικό έτσι ώστε να αναπτυχθεί μια ρομποτική πλατφόρμα με γνώμονες το χαμηλό κόστος κατασκευής αλλά και την λειτουργικότητα.Για τον χειρισμό του ρομπότ κατά την διάρκεια του χειροκίνητου ελέγχου θα χρησιμοποιηθεί ένα smartphone με λογισμικό Android έκδοσης 5.0.0 ή νεότερης. Οπότε θα αναπτυχθεί και η αντίστοιχη android εφαρμογή που θα έχει ως στόχο την ασύρματη επικοινωνία μεταξύ χειριστή και ρομπότ. Αναλογιζομένων των αναγκών του συστήματος για την λειτουργία του ρομπότ τόσο κατά την διάρκεια του αυτόματου ελέγχου όσο και του χειροκίνητου θα χρησιμοποιηθούν ως εξαρτήματα (hardware) του συστήματος οι μικροελεγκτές Arduino Yun και Arduino Uno, τα αισθητήρια για την ανίχνευση κίνησης και απόστασης το AM 312 και το HC-SR04 αντίστοιχα. Για την κίνηση του οχήματος χρησιμοποιούνται τέσσερεις dc κινητήρες με έναν τροχό προσαρτημένο στον κάθε ένα αντίστοιχα. Επίσης , θα χρησιμοποιηθεί μια IP camera για την ζωντανή μετάδοση video από το ίδιο το ρομπότ καθώς και μια συστοιχία μπαταριών για την τροφοδοσία του συστήματος. Όλα τα υλικά μέρη του συστήματος είναι προσαρτημένα επάνω σε μια ρομποτική, πλατφόρμα την ‘’4WD SMART ROBOT CHASSIS CAR’’ [1]. Για την εύρυθμη λειτουργία του συστήματος πρέπει το smartphone και οι μικροελεγκτές Arduino Yun και Arduino Uno να βρίσκονται σε συνεχή επικοινωνία. Επομένως , έχει αναπτυχθεί λογισμικό για το καθένα ξεχωριστά με σκοπό την επίτευξη των βασικών τους στόχων και την ανταλλαγή πληροφοριών μεταξύ τους. Για το smartphone δημιουργήθηκε ένα android application με την χρήση του προγράμματος Android Studio 3.5 το οποίο έχει ως στόχο την επικοινωνία smartphone - Arduino Yun για την αποστολή εντολών – δεδομένων. Τα Arduino Yun και Uno έχουν προγραμματιστεί με την χρήση του προγράμματος Arduino IDE 1.8.5. Το Yun αναλαμβάνει την ασύρματη σύνδεση και επικοινωνία με το smartphone, την «οδήγηση» των κινητήρων καθώς και την ανίχνευση ανθρώπου ή ζώου στον χώρο. Ο μικροελεγκτής Arduino Uno φροντίζει για την αυτόνομη κίνηση του ρομπότ καθώς ανιχνεύει την απόσταση εμποδίων ώστε να παρακαμφθούν. Για την σύνθεση της ρομποτικής πλατφόρμας πραγματοποιήθηκε έρευνα για την επιλογή των κατάλληλων εξαρτημάτων αλλά και μεθόδων σε θεωρητικό αλλά και πρακτικό επίπεδο. Κατά την διάρκεια των δοκιμών διαπιστώθηκε πως υπήρχε μια χρονική καθυστέρηση όσων 5αφορά την ανταλλαγή δεδομένων μεταξύ Yun – smartphone, στην ανίχνευση κίνησης και στη λήψη του video stream . Με τις δοκιμές διεξήχθη το συμπέρασμα ότι ανάλογα με την επιλογή του αισθητήριου, της IP camera ή της μεθόδου επικοινωνίας βελτιωνόταν και το σύστημα.Τέλος υπάρχει η δυνατότητα βελτίωσης – επέκτασης του συστήματος με την προσθήκη περισσότερων εξαρτημάτων αλλά και διαφορετικών μεθόδων. Με αυτόν τον τρόπο θα ελέγχεται το ρομπότ και ο χώρος πιο αποτελεσματικά από οποιοδήποτε μέρος του κόσμου.