中學生
——自動接物垃圾桶

文/孵化君

工作流程

項目名：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，然而由于它過于常見及普通，并沒有人過多注意。而經(jīng)過幾名學生的設(shè)計制作，使它具備了一項極其特殊的功能，曾令很多專業(yè)的科技老師思考了很久都沒有實現(xiàn)，并且在以往國內(nèi)重量級的青少年科創(chuàng)競賽平臺上也沒有過成功的先例。

這項功能便是——自動接物。

設(shè)計者為智能小桶實現(xiàn)了app遠程控制、肢體控制以及自動接物的功能，投入到日常生活中既可以節(jié)約人們的時間，又可以為人們提供娛樂，使得人們可以專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黑科技，能夠?qū)崟r反饋20塊骨骼的三維位置和幀序列以及幀時間，具體原理是通過人工智能采集深度圖像特征點。

Kinect最早是應(yīng)用于Xbox360和XboxOne主機的游戲設(shè)備。它讓玩家不需要手持或踩踏控制器，而是使用語音指令或手勢來操作Xbox360和XboxOne的系統(tǒng)界面。它也能捕捉玩家全身上下的動作，用身體來進行游戲，帶給玩家“免控制器的游戲與娛樂體驗”。

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)客對它的愛有增無減。

Kinect仍被運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、機器人研究愛好者均開始利用Kinect展開各類項目，如控制機器人、虛擬試衣鏡及運動捕捉等。

學員通過相關(guān)算法，利用kinect獲取人體骨骼運動數(shù)據(jù)，并通過程序編寫實現(xiàn)骨骼位置信息的獲取，并與串口發(fā)送程序進行整合，從而實現(xiàn)了一個能完成人體骨骼數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)處理、小車運動控制、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)計者的原創(chuàng)代碼，同學們測試了超過500遍代碼后，一點一點改進，每個參數(shù)都測了幾十遍，不停的記錄、對比、分類統(tǒng)計分析才得出來的成果。

智能小桶的算法實現(xiàn)主要包括kinect人體骨骼結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)獲取、編寫身體姿態(tài)識別算法及基于Kinect的物品落地點預(yù)測算法實現(xiàn)。

利用骨骼信息的拋物落地點估計算法以及利用C#的實現(xiàn)

當一個人要拋出一個物體時，通常情況下其動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。以從下往上拋的動作過程為例，可以分解為三個步驟：人手在基準線（可以是人的中心位置）以下，然后同時向前向上以弧線軌跡加速，在某個位置，突然開始減速，然而就在這個時候物體實際上已經(jīng)脫離手掌，便得到了拋物時的初始運動狀態(tài)分析。之后，由拋物線計算公式，計算得到大致落地點的位置。

可控制小車移動的APP調(diào)試界面

利用Arduino串口調(diào)教全向輪小車

核心技術(shù)3：全向輪小車

設(shè)計者運用全向輪手機端APP通過藍牙與小車相連。通過遙感以及重力感應(yīng)等操作方式可以實現(xiàn)對小車的控制。此外可以通過調(diào)試界面上對小車的PID參數(shù)，以及小車位置模式下的運動速度進行設(shè)置。

小車可以通過串口進行控制，在小車調(diào)教階段，通過Arduino與小車主控進行串口通信，實現(xiàn)小車在速度與位置模式下的控制，為電腦對小車的控制打下基礎(chǔ)。

未來暢想

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

智能小桶還具有強大的娛樂功能，主人可以在無聊的時候“逗小桶玩”。設(shè)計者預(yù)計，在現(xiàn)代社會，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)約時間的小桶。