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外文翻译(源地址:Cloud Robotics in industry using raspberry pi)
树莓派在云机器人领域中的应用
摘要：云机器人技术是一个机器人领域，它尝试使用比如云计算，云存储和以融合基础设施和为机器人共享服务为目的的其他互联网技术。我们的项目是设计开发用于工业和制造业环境云机器人。它适用于ROS平台。我们使用Raspberry Pi控制器来控制连接到它的各种设备。为了完成这个目标，我们使用了Android手机，相机，直流电机，传感器和Raspberry pi控制器。机器人的运动由直流电机提供，并且通过机器人操作系统（ROS）使用Android来控制方向。控制器和接收器端通过Wi-Fi连接。温度和红外传感器输入的数据传送给给Raspberry Pi控制器。相机用于向机器人提供周围环境的视觉输入，由传感器和摄像机获得的数据由控制器处理并存储在云中。
关键词：ROS, 云机器人, 树莓派
- 介绍
随着技术的进步，一个名为Cloud Robotics（CR）的新领域已经从传统的机器人技术演变而来，在工业领域产生了广泛的影响。 当连接到云时，机器人可以借助云中现代数据中心的强大计算能力，存储空间和通信资源，处理和共享来自各种机器人或对象（其他机器，智能体，人类等）的信息。人类不需要在现场就可以通过网络远程将任务委托给机器人。 我们的目标是构建一个带有传感器和警报系统的机器人，该系统在云的控制下工作。 为了实现这一目标，我们需要一个独立的机器人平台，即ROS-机器人操作系统。
机器人操作系统（ROS）是用于机器人软件开发的软件框架集合的集合，提供类似操作系统的功能。 ROS提供标准操作系统服务，例如硬件抽象，低级设备控制，常用功能的实现，进程之间的消息传递以及包管理。
- 现有系统
现有的工业控制和监视系统在电缆安装，维护和与在重新配置期间移动和更换电缆相关的维护成本中具有很大一部分。
- 有线设备
有线设备固定在机器上或附近。 这些设备连接到电源。 缺乏无线系统和大功耗是有线设备的缺点。
缺点 - 固定在特定的地方，成本，电缆安装，维护。
- 手动控制的系统
缺点 - 缺乏无线通信（例如 - RFID，ZIGBEE）。 耗电量大，以实现整个工业系统的自动化。
- 最合适的系统
在我们之前提出的系统中已经消除了上述缺点。 在这个方法中，我们介绍了一个云机器人。 机器人中使用Raspberry-pi控制器来控制其移动，方向由使用ROS的Android设备或计算机控制。
机器人操作系统（ROS）允许用户容易地控制机器人的移动操作。 相机用于为Raspberry pi控制器提供环境输入。 温度传感器和气体传感器用于通过使用Raspberry Pi控制器来检测茶叶温度和气体泄漏。 IR传感器用于对尝试访问受限区域的人进行警告。 带有危险指示灯，冷却风扇和扬声器警报的报警系统可以通过Raspberry Pi控制器进行修复。 Wi-Fi用于借助RaspberryPi kit的IP地址将数据从控制器发送到移动设备。 使用手机，我们还可以控制机器人的运动。 受监控的数据将发送到云端，以便可以从任何地方访问信息。
- 传输部分
A.树莓派
这种信用卡大小的单板计算机是一个完全可编程的PC，可在开源机器人操作系统中运行。 该主板包括Video Core IV图形处理器（GPU），兼容ARMv7的四核一体机，512 MB RAM。 它有一个MicroSD来引导媒体和持久存储。 Raspberry Pi的一个强大功能是沿着电路板边缘的一排GPIO-通用输入/输出引脚（参见图1.1）。 这些引脚是Pi与外界之间的物理接口。 在最简单的层面上，这些被称为开关。 26个引脚中有17个是GPIO引脚; 其他是电源或接地引脚。
B.传感器
1.温度传感器 - DS18B20数字温度计提供9至12位（可配置）温度读数，用于指示设备的温度。 通过1-Wire接口向DS18B20发送信息。 它可以通过自己的数据线供电。 电源范围为3.0V至5.5V。 它测量的温度范围为-55°C至 125°C。 它具有0.5℃的准确度。
2.IR传感器 - 这些是用于远程控制系统的小型化IR接收器模块。 传感器检测来自IR发射器的光的波长和光谱辐射。 它提供高通信速度和高安全性。
3.气体传感器 - 用于工业上的气体泄漏检测设备。 适用于检测LPG，异丁烷，丙烷。 它对酒精和烟雾的敏感度很小。 突出特点包括快速响应和稳定，长寿命。 传感器可以直接由直流电源供电或通过潜水电路供电。
C.摄像头
这里使用的摄像机类型是内置记录功能的IP摄像机，因此可以直接记录到任何标准存储介质，如SD卡，NAS（网络附加存储）或PC /服务器。 摄像机使用网络将其图像实时馈送或流式传输到计算机或移动设备。 当被计算机“捕获”时，视频流可以通过Wi-Fi保存，查看或发送到其他网络。 当发送到接收方时，视频流保存在云中。
相机提供的分辨率为1280x720（720p）或甚至1920x1080（1080p）分辨率。 通过连接到Raspberry Pi控制器套件的IP，可以在移动设备或计算机中查看视频流。
D.电源
有几种方法可以将交流电压转换为直流电压。 传统上，这是通过变压器和整流器电路完成的。 然而，在涉及仅向控制器和一些其他低电流设备提供DC电压的应用中，基于变压器或基于开关的电源可能不具有成本效益。
因此，在该机器人中使用变压器较少的电源，其提供基于变压器的低成本替代品。
无变压器电源通常包含：
bull; Rectification
bull; Voltage Division
bull; Regulation
bull; Filtering
bull; Inrush Limiting
- 接收端部分
A.警报系统
II. 冷却风扇 - 机器人配有冷却风扇，当温度传感器检测到超过所需值的读数时，冷却风扇打开。 风扇聚焦在温度消散较多的区域并冷却该区域。 它由直流电源供电。
II。 指示灯 - 当红外传感器检测到进入限制区域时，由直流电源供电的光源会自动打开。 当IR接收器感测到对特定区域的不期望接入时，灯发光。
III。 扬声器警报 - 在紧急情况下，例如气体泄漏，气体传感器检测到环境中存在有害气体并向控制器发出信号。 控制器依次打开扬声器警报。
B.云系统
云计算是网络上分布式计算的同义词。 它的突出功能是能够同时在许多连接的计算机上运行程序。 历史上证明其优势包括按需自助服务，无处不在的网络访问，位置无关的资源池，快速的资源弹性，基于使用率的定价和风险转移。 云提供的一些服务包括“SaaS”（软件即服务），“PaaS”（平台即服务），“IaaS”（基础架构即服务），“HaaS”（硬件即服务）和“NaaS” （网络即服务）。
C.直流电机
直流电机连接到一组四个轮子，负责机器人的运动。 直流电动机是一类将直流电转换为机械动力的电机。 使用可变电源电压或通过改变励磁绕组中的电流强度，可以在很宽的范围内控制直流电机的速度。
D.Wi-Fi（无线保真）
Wireless Fidelity或Wi-Fi是一种局域无线计算机网络技术，允许Raspberry Pi套件连接到网络。 它使用2.4千兆赫的带宽。 Wi-Fi网络提供从Raspberry Pi套件到接收端设备的唯一IP地址连接。 使用Wi-Fi中的各种加密技术，网络变得安全。
- 操作部分
我们设计了一个可以从内部移动和监控整个行业的机器人。 机芯由连接在直流电机上的轮子提供。 轮式机器人是最节能和最简单的控制。 电机由Raspberry Pi控制器控制。 接收站的控制器和移动台或计算机通过唯一的IP地址连接。 因此，机器人的运动由接收器侧的人员通过在称为ROS-机器人操作系统的单独平台中操作来控制。 由摄像机获得的实时视频馈送流式传输到接收器并在屏幕中查看。
如果温度水平增加到阈值以上，则控制器打开冷却风扇。 如果气体水平增加到阈值以上，则控制器调用扬声器通知。 如果有人试图穿过限制区域并打开灯泡，红外传感器会发出信号。 在移动设备中获得的所有数据都上传到云端。 通过输入IP地址，可以从任何地方查看，保存上传的信息。
通过与机器人一起安装的Wi-Fi加密狗为整个过程提供Wi-Fi。 所有组件的电源均由直流变压器电源供电。
- 结果与讨论
图2.2 温度，气体和红外传感器输出
图2.3 手机中的接收屏幕
- 优势所在
- 保持24小时监视。 提供，机器人获得的所有值都存储在云中。
- 红外传感器确保安全。 可以避免在禁区内进行不必要的访问。
- 打开冷却风扇，立即关注温度过高和散热。
- 可立即检测到烟雾，有害气体并发出警报。
- 可以从任何地方进行行业监控。 即使在家里。
- 非常划算。 截至2016年2月29日，Raspberry Pi 3的售价为35美元。
- 由于其结构小巧，结构紧凑，现在可以轻松构建个性化机器人。
- 应用场景
- 机器人可用于任何类型的制造和工业单位。
- 它可以有效地用于可以防止人类暴露于辐射的核电站。
- 在电网中使用机器人将有效监控整个区域。
- 在最需要检测有害气体泄漏的化学工业中使用时，可以挽救许多生命。
- 未来的工作和总结
- 可以添加机器人的障碍物检测，以改善机器人的工作。
- 通过使机器人飞行，可以查看整个行业的顶视图。 这将克服行业内闭路电视摄像机的使用。
- 可以通过向相机添加面部识别功能来加强安全性。
这种多任务机器人，可以在工业中监控和确保轻松的工作。 这种具有成本效益的机器人可以节省大量人力，还可以提供从行业内获得的所有数据的准确数据库。 通过这种解决方案，通过检测工业中的气体泄漏，可以节省数百万人的生命。
- 参考文献
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