文/孵化君

工作流程

項(xiàng)目名：Ibarrel智能小桶

垃圾桶是城市中重要的基礎(chǔ)環(huán)衛(wèi)設(shè)施，也是室內(nèi)保持清潔的必備小物，然而由于它過(guò)于常見(jiàn)及普通，并沒(méi)有人過(guò)多注意。而經(jīng)過(guò)幾名學(xué)生的設(shè)計(jì)制作，使它具備了一項(xiàng)極其特殊的功能，曾令很多專(zhuān)業(yè)的科技老師思考了很久都沒(méi)有實(shí)現(xiàn)，并且在以往國(guó)內(nèi)重量級(jí)的青少年科創(chuàng)競(jìng)賽平臺(tái)上也沒(méi)有過(guò)成功的先例。

這項(xiàng)功能便是——自動(dòng)接物。

設(shè)計(jì)者為智能小桶實(shí)現(xiàn)了app遠(yuǎn)程控制、肢體控制以及自動(dòng)接物的功能，投入到日常生活中既可以節(jié)約人們的時(shí)間，又可以為人們提供娛樂(lè)，使得人們可以專(zhuān)心工作以及更好地享受生活。

核心技術(shù)1：Kinect骨骼追蹤

Kinect是源自于微軟的一項(xiàng)黑科技，能夠?qū)崟r(shí)反饋20塊骨骼的三維位置和幀序列以及幀時(shí)間，具體原理是通過(guò)人工智能采集深度圖像特征點(diǎn)。

Kinect最早是應(yīng)用于Xbox360和XboxOne主機(jī)的游戲設(shè)備。它讓玩家不需要手持或踩踏控制器，而是使用語(yǔ)音指令或手勢(shì)來(lái)操作Xbox360和XboxOne的系統(tǒng)界面。它也能捕捉玩家全身上下的動(dòng)作，用身體來(lái)進(jìn)行游戲，帶給玩家“免控制器的游戲與娛樂(lè)體驗(yàn)”。

Kinect骨骼追蹤

雖然微軟在去年秋天拋棄了Kinect這款產(chǎn)品，官方宣布停產(chǎn)，但全球創(chuàng)客對(duì)它的愛(ài)有增無(wú)減。

Kinect仍被運(yùn)用到了很多除了游戲系統(tǒng)之外的應(yīng)用層面，各種各樣的藝術(shù)家、機(jī)器人研究愛(ài)好者均開(kāi)始利用Kinect展開(kāi)各類(lèi)項(xiàng)目，如控制機(jī)器人、虛擬試衣鏡及運(yùn)動(dòng)捕捉等。

學(xué)員通過(guò)相關(guān)算法，利用kinect獲取人體骨骼運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，并通過(guò)程序編寫(xiě)實(shí)現(xiàn)骨骼位置信息的獲取，并與串口發(fā)送程序進(jìn)行整合，從而實(shí)現(xiàn)了一個(gè)能完成人體骨骼數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)處理、小車(chē)運(yùn)動(dòng)控制、數(shù)據(jù)發(fā)送等功能的系統(tǒng)性應(yīng)用程序。

核心技術(shù)算法

核心技術(shù)2：算法

智能小桶的算法是兩位設(shè)計(jì)者的原創(chuàng)代碼，同學(xué)們測(cè)試了超過(guò)500遍代碼后，一點(diǎn)一點(diǎn)改進(jìn)，每個(gè)參數(shù)都測(cè)了幾十遍，不停的記錄、對(duì)比、分類(lèi)統(tǒng)計(jì)分析才得出來(lái)的成果。

智能小桶的算法實(shí)現(xiàn)主要包括kinect人體骨骼結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)獲取、編寫(xiě)身體姿態(tài)識(shí)別算法及基于Kinect的物品落地點(diǎn)預(yù)測(cè)算法實(shí)現(xiàn)。

利用骨骼信息的拋物落地點(diǎn)估計(jì)算法以及利用C#的實(shí)現(xiàn)

當(dāng)一個(gè)人要拋出一個(gè)物體時(shí)，通常情況下其動(dòng)作可以分為以下幾種情況：從下往上拋，從上往下扔，從前往后扔。以從下往上拋的動(dòng)作過(guò)程為例，可以分解為三個(gè)步驟：人手在基準(zhǔn)線（可以是人的中心位置）以下，然后同時(shí)向前向上以弧線軌跡加速，在某個(gè)位置，突然開(kāi)始減速，然而就在這個(gè)時(shí)候物體實(shí)際上已經(jīng)脫離手掌，便得到了拋物時(shí)的初始運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析。之后，由拋物線計(jì)算公式，計(jì)算得到大致落地點(diǎn)的位置。

可控制小車(chē)移動(dòng)的APP調(diào)試界面

利用Arduino串口調(diào)教全向輪小車(chē)

核心技術(shù)3：全向輪小車(chē)

設(shè)計(jì)者運(yùn)用全向輪手機(jī)端APP通過(guò)藍(lán)牙與小車(chē)相連。通過(guò)遙感以及重力感應(yīng)等操作方式可以實(shí)現(xiàn)對(duì)小車(chē)的控制。此外可以通過(guò)調(diào)試界面上對(duì)小車(chē)的PID參數(shù)，以及小車(chē)位置模式下的運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行設(shè)置。

小車(chē)可以通過(guò)串口進(jìn)行控制，在小車(chē)調(diào)教階段，通過(guò)Arduino與小車(chē)主控進(jìn)行串口通信，實(shí)現(xiàn)小車(chē)在速度與位置模式下的控制，為電腦對(duì)小車(chē)的控制打下基礎(chǔ)。

未來(lái)暢想

本產(chǎn)品具有多種強(qiáng)大的功能，比如接垃圾，這一點(diǎn)可以讓人們養(yǎng)成良好的衛(wèi)生習(xí)慣。再者，智能小桶可以幫助收拾東西的人們緩解心情。

智能小桶還具有強(qiáng)大的娛樂(lè)功能，主人可以在無(wú)聊的時(shí)候“逗小桶玩”。設(shè)計(jì)者預(yù)計(jì)，在現(xiàn)代社會(huì)，隨著人們的生活水平不斷上升，生活節(jié)奏不斷加快，人們都需要一款這樣節(jié)約時(shí)間的小桶。