Lista wynalazków

ZoP „AUTONOMICZNY PIES PRZEWODNIK” - ASYSTENT OSÓB STARSZYCH I NIEWIDOMYCH

autorzy: Łukasz Pytlowany, Mateusz Skupień, Mateusz Żuk

Wychodząc naprzeciw problemom osób mających trudności z samodzielnym poruszaniem się postanowiliśmy przyczynić się do poprawy ich sytuacji. Jednym z ciekawszych, nowatorskich rozwiązań jest budowa robota – samodzielnego asystenta. Innowacyjność tego projektu polega na tym, że nasz jeżdżący robot przy pomocy lasera skanuje pomieszczenie, wykrywa przeszkody i bezpiecznie prowadzi osobę starszą czy niepełnosprawną. Dzięki temu ma ona szansę bezpiecznie i bezkolizyjnie poruszać się w otaczającym ją środowisku bez konieczności korzystania z pomocy osób trzecich. Aby robot mógł się poruszać został wyposażony w dwa silniki zamontowane na dwóch kołach napędowych z wewnętrzną przekładnią oraz wbudowanymi czujnikami – enkoderami inkrementalnymi, które służą do bieżącego śledzenia pozycji robota, gdyż określają prędkość kątową kół robota, co jest wykorzystane do obliczania prędkości liniowej i kątowej robota w oparciu o jego konstrukcję mechaniczną. W projekcie wykorzystany jest również autorski kod do odczytywania danych z enkoderów. Arduino ściśle współpracuje z mini komputerem Raspberry Pi 4. Komputer ten jest nadrzędnym układem, który przyjmuje, analizuje oraz wysyła dane na bieżąco. Konstrukcja mechaniczna asystenta jest stabilna i daje osobie korzystającej z urządzenia poczucie bezpieczeństwa. Zastosowane w robocie czujniki pozwalają wykryć, czy prowadzona osoba trzyma w dłoni uchwyt, w przeciwnym razie zostanie wysłany ostrzegawczy sygnał dźwiękowy. Warstwa sterowania wysokiego poziomu zrealizowana została w środowisku ROS (Robot Operating System) w wersji ROS Noetic. Jego zaletą jest zapewnienie mechanizmów komunikacji dla tworzonego oprogramowania, co umożliwia uruchamianie komponentów na wielu maszynach jednocześnie. Z tego powodu część komponentów systemu uruchamiano na komputerze Raspberry Pi. Urządzenie to oparte jest na procesorze ARM i działa pod kontrolą systemu Ubuntu 20.04 LTS. Poszczególne komponenty systemu sterowania wysokiego poziomu zrealizowane zostały w postaci węzłów. Węzły komunikują się ze sobą za pomocą mechanizmu zwanego tematami. Niskopoziomowe sterowanie jest realizowane przez mikrokontroler Arduino. Komunikacja między Raspberry Pi a Arduino jest zrealizowana za pomocą portu szeregowego emulowanego na magistrali USB. Urządzeniem odpowiadającym za skan pomieszczeń jest skaner LIDAR, który wysyła swoje odczyty do programu ROS i dzięki tym danym potrafi na bieżąco tworzyć trasę przejazdu. Skaner laserowy LIDAR wykrywa przeszkody, znajdujące się na potencjalnej drodze robota, wykrywa ściany podczas tworzenia mapy miejsca, w którym robot będzie pracował, wykrywa elementy stałe otoczenia i porównuje je z mapą stworzoną wcześniej. Pozwala to na poruszanie się robota w sposób pewniejszy niż wynikałby z wykorzystywania samej odometrii. Nasze urządzenie w zamyśle mogłoby znaleźć szersze zastosowanie w obiektach użyteczności publicznej, takich jak urzędy, instytucje kulturalne i oświatowe, szkoły i uczelnie, galerie handlowe i sklepy wielkopowierzchniowe, z których bezpiecznie i bez przeszkód mogłyby korzystać osoby potrzebujące.