• Vontatási inverter tervezése SiC félvezetőkkel

Gellér Lukács Márton

Piarista Gimnázium, Budapest

Konzulensek:
Kiss Gergely Botond
Dr. Bolgár Bence Márton

ÚJRAHASZNOSÍTHATÓ SZEMETET VÁLOGATÓ ROBOTKAR

Napjainkban mindennapos probléma az újrahasznosítható hulladék helyes kategorizálása és szétválogatása. Emellett a mesterséges intelligencia átalakítja ezt a területet is, láthatjuk alkalmazását robotporszívókban, intelligens háztartási gépekben, sőt, modern hulladékgyűjtő telepeken a szemét kategorizálásához és szétválogatásához is használják.
A pályázó emiatt is kezdett el tavaly dolgozni egy robotkaron, mely a feladatának azt szánta, hogy helyesen szét tudja válogatni és össze tudja szedni az újrahasznosítható hulladékot. Ez egy sor komplex folyamatot foglal magába, mint például a pontos objektum felismerés, térbeli tárgy lokalizáció és szemétfelvétel. A kar elkészült mechanikus vázát összesen hat szervó mozgatja, három, fém fogaskerekekkel ellátott MG996R és három, 9 grammos SG90 Micro szervó.
Márton a vázlatok elkészítése után megtervezte és elkészítette a mechanikus test alkatrészeit. A kar teste 3D nyomtatott. A motorokat egy Arduino Uno R3 áramköri panel irányítja, és négy, sorosan kapcsolt 1,5V-os elem biztosítja nekik a megfelelő, külső áramellátást. Az elektronika legfőbb komponense egy Raspberry Pi 4B zsebszámítógép, amely az Arduino irányításáért, az odanyúláshoz trigonometria segítségével kiszámolt szögek megadásáért, és a szemét felismeréséért felelős. Emellett az elektronika további részeit alkotja a Raspberry Pi kamerája, amely az objektum felismeréshez szükséges, és egy ultrahangos szenzor, aminek pedig a tárgy távolságának megbecslésében van szerepe. A soros kommunikáció teszi lehetővé az Arduino és Raspberry számára, hogy információt adjanak át egymásnak.
A pályázó a szükséges kódokat és programokat Pythonban és Arduino IDE-ben írta meg. Az objektumfelismerő modell tanításához használt programot Pythonban írta, és a taco és trashnet adatbázisokat használta különböző modellek létrehozásához. Több architektúrával is kísérletezett, az SSD Mobilenet V2 és V3, valamint a YOLO rendszerekkel. Ezek közül a YOLO v8-as architektúrával tanított modellek bizonyultak a legpontosabbnak. Az elkészült modelleket egy kódban összekapcsolta az objektumnak a kamerakép közepére való pozícionálásához írt programmal, az ehhez szükséges kiszámolt szögek átküldésével és az odanyúlás folyamatával, valamint az Arduinora készített kóddal szinkronizálta, hogy zökkenőmentesen együtt tudjon működni a két program, és miután a kamera segítségével meglátja a szemetet a kar, oda tudjon nyúlni, és fel tudja venni azt.
Az újrahasznosítható szemetet válogató robotkar célja eleinte a háztartási szemétválogatásban való közreműködésre összpontosult, azonban Márton az alkalmazhatóságát kibővítette, és az elkövetkezendő időben is tovább szeretné bővíteni, természetben történő egyéni felhasználásra, például az eldobott hulladék kategorizálására és gyűjtésére. A jövőben tovább tervezi fejleszteni a kart, először is az ultrahangos-szenzor segítségével történő távolságbecslést tervezi precízebbé tenni a MiDaS mélységbecslő szoftver segítségével. Ezt követően szeretné tanítani egy precízebb modellt, több tanítóadat segítségével és hozzá kíván adni egy önjáró alvázat a karhoz, hogy természetes környezetben is alkalmazható legyen majd.