Robot Omnidirectionnel pour Suivi de Personne en Sécurité

Composants et fournitures

Composant	Quantité
Driver moteur double L298N (stepper/DC)	2
Régulateur abaisseur LM2596 (12V → 5V)	1
Alarme batterie LiPo (détecteur basse tension)	1
Moteur DC 12V 24 tr/min arbre 4mm (réducteur)	3
Arduino Nano R3	1
Webcam Microsoft LifeCam HD-3000	1
Fils de liaison (beaucoup !)	1 lot
Carte Ci20 (IMagination Technologies)	1
Batterie LiPo 11,1V 3 cellules	1

Outils nécessaires

• Imprimante 3D
• Fer à souder

Applications et services en ligne

• OpenCV (vision par ordinateur)

À propos du projet

Soumission initiale

Pour le concours « Hackster Terminate the Competition » : un robot qui cherche les humains mais pour les complimenter, pas les éliminer ! Robot omnidirectionnel qui vous détecte, vous suit et vous flatte.

Contrainte auto-imposée : aucune électronique à fabriquer soi-même. Tout s'achète sur eBay, s'assemble avec tutos publics. Châssis imprimable 3D (soi-même ou via 3D Hubs).

Architecture système

4 blocs principaux :

1. Gestion alimentation (batterie → 5V/12V)
2. Ci20 = cerveau (OpenCV détection visage)
3. Arduino Nano = contrôle moteurs (réception commandes série Ci20)
4. Moteurs + roues omnidirectionnelles

Gestion alimentation ("Électrickery")

Schéma complet : batterie LiPo 3S → LM2596 (5V pour Ci20/Arduino) → L298N (12V direct pour moteurs) + alarme basse tension.

Connexion Arduino → L298N

Suivre ce tutoriel : Instructables L298N. Une fois câblé : lumières bleues, pas de fumée bleue = c'est bon !

Impression 3D du châssis

Design : look cool + mise en valeur du Ci20. Fichiers STL dispo dans PIÈCES PERSONNALISÉES : base, couvercle, roues omnidirectionnelles (remix Thingiverse). Assemblage : colle ou ruban adhésif, vis M4 pour moteurs.

Magie du Ci20 (OpenCV)

1. Installer OpenCV : suivre tutoriel standard (compilation depuis sources)
2. Compiler & lancer le tracking facial :

   g++ -I/usr/local/include/opencv -I/usr/local/include/opencv2 -L/usr/local/lib/ -g -o binary main.cpp \
   -lopencv_core -lopencv_imgproc -lopencv_highgui -lopencv_ml -lopencv_video \
   -lopencv_features2d -lopencv_calib3d -lopencv_objdetect -lopencv_contrib \
   -lopencv_legacy -lopencv_stitching
   

Ci20 + Arduino : Communication série

Flasher l'Arduino (code ci-dessous), le brancher en USB sur le Ci20, lancer le FaceTracker, brancher la webcam. Si votre visage est centré → le robot avance !

Travail restant (défis ouverts)

• Ajouter haut-parleur + fichiers son : compliment quand le visage remplit l'écran
• Si pas de visage détecté pendant 1-2 min → rotation sur place (commande R XX envoyée à l'Arduino, XX = durée ms)

Codes

Arduino - Principal (réception commandes Ci20 → moteurs)

// Moteur 1
int dir1PinA = 3, dir2PinA = 2, speedPinA = 9; // PWM
// Moteur 2
int dir1PinB = 4, dir2PinB = 5, speedPinB = 8; // PWM
// Moteur 3
int dir1PinC = 6, dir2PinC = 7, speedPinC = 10; // PWM

int x = 0, y = 0, dominantUltrasonic = 0;
bool moveMotor = false;
unsigned long startTime = 0;
String rpiString;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(dir1PinA, OUTPUT); pinMode(dir2PinA, OUTPUT); pinMode(speedPinA, OUTPUT);
  pinMode(dir1PinB, OUTPUT); pinMode(dir2PinB, OUTPUT); pinMode(speedPinB, OUTPUT);
  pinMode(dir1PinC, OUTPUT); pinMode(dir2PinC, OUTPUT); pinMode(speedPinC, OUTPUT);
  startTime = millis();
}

void loop() {
  readDataFromRPi();
  delay(30);
}

void readDataFromRPi() {
  while (Serial.available()) {
    delay(3);
    if (Serial.available() > 0) {
      char c = Serial.read();
      rpiString += c;
      if (c == 'n') break;
    }
  }
  if (rpiString.length() > 0) {
    Serial.println(rpiString);
    String isRotate = getValue(rpiString, ' ', 0);
    String xval = getValue(rpiString, ' ', 1);
    String yval = getValue(rpiString, ' ', 2);
    x = xval.toInt(); y = yval.toInt();
    startTime = millis();
    if (isRotate == "r") rotate(x);
    else driveInDirection(x, y);
    rpiString = "";
  }
}

String getValue(String data, char separator, int index) {
  int found = 0, strIndex[] = {0, -1}, maxIndex = data.length() - 1;
  for (int i = 0; i <= maxIndex && found <= index; i++) {
    if (data.charAt(i) == separator || i == maxIndex) {
      found++; strIndex[0] = strIndex[1] + 1;
      strIndex[1] = (i == maxIndex) ? i + 1 : i;
    }
  }
  return found > index ? data.substring(strIndex[0], strIndex[1]) : "";
}

Arduino - Contrôle Moteurs (cinématique omnidirectionnelle 3 roues)

void driveInDirection(float newX, float newY) {
  delay(20);
  float x = newX, y = newY;
  float theta = atan2(y, x);
  float mag = sqrt(x*x + y*y);
  float vx = mag * cos(theta), vy = mag * sin(theta);
  float w1 = -vx;
  float w2 = 0.5 * vx - sqrt(3)/2 * vy;
  float w3 = 0.5 * vx + sqrt(3)/2 * vy;
  float wSet[3] = {w1, w2, w3};
  float largestValue = 0;
  for (int i = 0; i < 3; i++) if (abs(wSet[i]) > largestValue) largestValue = abs(wSet[i]);
  float speedCoef = 147.0 / largestValue;
  w1 *= speedCoef; w2 *= speedCoef; w3 *= speedCoef;
  if (x == 0 && y == 0) { w1 = w2 = w3 = 0; }
  w1 = constrain(w1, -150, 150);
  w2 = constrain(w2, -150, 150);
  w3 = constrain(w3, -150, 150);
  bool w1_ccw = w1 < 0, w2_ccw = w2 < 0, w3_ccw = w3 < 0;
  byte w1_speed = map(abs(w1), 0, 150, 0, 255);
  byte w2_speed = map(abs(w2), 0, 150, 0, 255);
  byte w3_speed = map(abs(w3), 0, 150, 0, 255);
  analogWrite(speedPinA, w1_speed); analogWrite(speedPinB, w2_speed); analogWrite(speedPinC, w3_speed);
  digitalWrite(dir1PinA, !w1_ccw); digitalWrite(dir2PinA, w1_ccw);
  digitalWrite(dir1PinB, !w2_ccw); digitalWrite(dir2PinB, w2_ccw);
  digitalWrite(dir1PinC, w3_ccw);  digitalWrite(dir2PinC, !w3_ccw);
}

void rotate(float milliseconds) {
  float w1 = 255, w2 = 255, w3 = 255;
  byte w1_speed = map(abs(w1), 0, 150, 0, 255);
  byte w2_speed = map(abs(w2), 0, 150, 0, 255);
  byte w3_speed = map(abs(w3), 0, 150, 0, 255);
  analogWrite(speedPinA, w1_speed); analogWrite(speedPinB, w2_speed); analogWrite(speedPinC, w3_speed);
  digitalWrite(dir1PinA, LOW); digitalWrite(dir2PinA, HIGH);
  digitalWrite(dir1PinB, LOW); digitalWrite(dir2PinB, HIGH);
  digitalWrite(dir1PinC, HIGH); digitalWrite(dir2PinC, LOW);
  delay(milliseconds);
  analogWrite(speedPinA, 0); analogWrite(speedPinB, 0); analogWrite(speedPinC, 0);
}

Ci20 - FaceTracking C++ (OpenCV)

#include "opencv2/objdetect/objdetect.hpp"
#include "opencv2/highgui/highgui.hpp"
#include "opencv2/imgproc/imgproc.hpp"
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

using namespace std; using namespace cv;
CascadeClassifier face_cascade;
String window_name = "Face Detection";

int sendSerial(char* message) {
  int fd = open("/dev/ttyUSB0", O_RDWR);
  if (fd == -1) { perror("dev/ttyUSB0"); return 1; }
  struct termios tios; tcgetattr(fd, &tios);
  tios.c_iflag = IGNBRK | IGNPAR; tios.c_oflag = 0; tios.c_lflag = 0;
  cfsetspeed(&tios, B9600); tcsetattr(fd, TCSAFLUSH, &tios);
  usleep(1000); write(fd, message, strlen(message)); return 0;
}

void detectFaces(Mat frame) {
  vector faces; Mat frame_gray;
  cvtColor(frame, frame_gray, COLOR_BGR2GRAY);
  equalizeHist(frame_gray, frame_gray);
  face_cascade.detectMultiScale(frame_gray, faces, 1.1, 3, 0|CASCADE_SCALE_IMAGE, Size(30,30));
  for (size_t i = 0; i < faces.size(); i++) {
    Point center(faces[i].x + faces[i].width/2, faces[i].y + faces[i].height/2);
    ellipse(frame, center, Size(faces[i].width/2, faces[i].height/2), 0, 0, 360, Scalar(255,0,255), 4, 8, 0);
    if (center.x > frame.cols/3 && center.x < frame.cols/3*2) sendSerial("F 50 50");
    else sendSerial("0 0 ");
  }
  imshow(window_name, frame);
}

int main() {
  sendSerial("0 0 ");
  VideoCapture cap(0);
  cap.set(CV_CAP_PROP_FRAME_WIDTH, 480);
  cap.set(CV_CAP_PROP_FRAME_HEIGHT, 240);
  Mat frame;
  if (!face_cascade.load("haarcascade_frontalface_default.xml")) { cout << "classifier"; return -1; }
  while (cap.read(frame)) {
    detectFaces(frame);
    if (waitKey(30) >= 0) break;
  }
  return 0;
}

Pièces personnalisées (STL)

• Base robot omnidirectionnel (conçue pour tout loger + couvercle)
• Couvercle mettant en valeur le Ci20
• Roues omnidirectionnelles (design original + remix pour arbre moteur)

Schémas

Description détaillée dans la section "Histoire" du projet original.