EMAR Mini: Robot Compacto de Asistencia en Emergencias Open‑Source

EMAR Mini es una versión reducida del robot de emergencias open‑source EMAR, diseñada para ayudar a profesionales sanitarios durante la pandemia COVID‑19. Construida sobre Raspberry Pi 4, integra cámaras Intel RealSense, hardware de cómputo neuronal y servomotores para detección de objetos en tiempo real, sensado de profundidad y control remoto.

Esta guía recorre cada paso de configuración del EMAR Mini, desde montaje hardware hasta configuración segura de software.

Aviso de Seguridad

Ten siempre precaución al manipular electrónica. No aceptamos responsabilidad por daños hardware o lesiones personales resultantes de este tutorial. Usa las instrucciones bajo tu propio riesgo.

Prerrequisitos

Servidor HIAS

Antes de empezar, asegúrate de tener un servidor HIAS totalmente funcional instalado. Sigue la guía de instalación de HIAS para configurar el servidor.

STLs para Impresión 3D

Imprime la carcasa y chasis del EMAR Mini usando los archivos STL provistos en la guía STLs For 3D Printing.

Raspberry Pi OS Lite

Descarga la imagen Raspberry Pi OS Lite (Buster) desde la página de descargas de Raspberry Pi OS, extrae el archivo y fláshealo en tarjeta SD de 64 GB. Tras arrancar, ejecuta:

sudo apt-get update && sudo apt-get upgrade
sudo raspi-config

Usa la herramienta de configuración para expandir sistema de archivos, ajustar preferencias de teclado y conectar a tu red.

Resumen de Instalación

El proceso incluye:

• Montaje hardware
• Endurecimiento de seguridad del dispositivo
• Instalación de dependencias Python
• Configuración servidor HIAS
• Configuración Intel RealSense y OpenVINO
• Montaje de servos y cuello

Seguridad del Dispositivo

Proteger la Raspberry Pi es esencial. Sigue los pasos para crear usuario remoto dedicado y habilitar autenticación SSH por clave.

Usuario Remoto

Crea nuevo usuario con privilegios sudo:

sudo adduser TuUsuario
usermod -aG sudo TuUsuario

Inicia sesión en la nueva cuenta vía SSH:

ssh [email protected]

Acceso SSH

Genera par de claves SSH en tu máquina local (no en la Pi):

ssh-keygen

Copia la clave pública a la Pi:

ssh-copy-id [email protected]

Prueba login sin contraseña:

ssh [email protected]

Deshabilita autenticación por contraseña editando /etc/ssh/sshd_config:

sudo nano /etc/ssh/sshd_config
# Cambia la línea:
#PasswordAuthentication yes
PasswordAuthentication no

Reinicia SSH:

sudo systemctl restart ssh

Firewall UFW

Habilita y configura Uncomplicated Firewall:

sudo ufw enable
sudo ufw allow 22
sudo ufw allow OpenSSH
sudo ufw status

Salida esperada:

Status: active
To Action From
-- ------ ----
OpenSSH ALLOW Anywhere
22 ALLOW Anywhere
OpenSSH (v6) ALLOW Anywhere (v6)
22 (v6) ALLOW Anywhere (v6)

Fail2Ban

Instala y configura Fail2Ban para trabajar con UFW:

sudo apt install fail2ban
sudo mv /etc/fail2ban/jail.conf /etc/fail2ban/jail.local
sudo rm /etc/fail2ban/action.d/ufw.conf
sudo touch /etc/fail2ban/action.d/ufw.conf
sudo tee -a /etc/fail2ban/action.d/ufw.conf <<EOF
[Definition]
enabled = true
actionstart =
actionstop =
actioncheck =
actionban = ufw insert 1 deny from <ip> to any
actionunban = ufw delete deny from <ip> to any
EOF
sudo sed -i "s#banaction = iptables-multiport#banaction = ufw#g" /etc/fail2ban/jail.local
sudo fail2ban-client restart
sudo fail2ban-client status

La salida debe incluir:

Shutdown successful
Server ready
Status
|- Number of jail: 1
`- Jail list: sshd

Dependencias Python

sudo apt install python3-pip
sudo pip3 install geolocation paho-mqtt psutil numpy requests zmq

Crear Dispositivo EMAR en HIAS

En tu Servidor HIAS, navega a Robotics > EMAR > Create. Configura el dispositivo seleccionando ubicación iotJumpWay apropiada, asignando nombre e introduciendo IP y MAC de la Pi. Deja ajustes de Detección de Objetos en Tiempo Real y Profundidad por defecto salvo que requieras puertos personalizados.

Proxy Servidor HIAS

Ajusta el proxy NGINX para enrutar tráfico a la Pi. Edita /etc/nginx/sites-available/default:

sudo nano /etc/nginx/sites-available/default

Localiza el bloque EMAR y sustituye la IP placeholder por la de tu Pi:

location ~* ^/Robotics/EMAR/Live/(.*)$ {
    auth_basic "Restricted";
    auth_basic_user_file /etc/nginx/tass/htpasswd;
    proxy_pass https://###.###.#.##:8282/$1;
}

Recarga NGINX:

sudo systemctl reload nginx

Actualizar Configuración del Dispositivo

Usa las credenciales de la UI de HIAS para editar confs.json en la Pi, asegurando que puertos y hostnames coincidan:

sudo nano confs.json
{
  "iotJumpWay": {
    "host": "",
    "port": 8883,
    "ip": "localhost",
    "lid": 0,
    "zid": 0,
    "did": 0,
    "dn": "",
    "un": "",
    "pw": ""
  },
  "EMAR": { "ip": "" },
  "Realsense": {
    "server": {"port": 8282},
    "socket": {"port": 8383}
  },
  "MobileNetSSD": {
    "bin": "Model/MobileNetSSD_deploy.bin",
    "classes": [
      "background", "aeroplane", "bicycle", "bird", "boat",
      "bottle", "bus", "car", "cat", "chair", "cow",
      "diningtable", "dog", "horse", "motorbike", "person",
      "pottedplant", "sheep", "sofa", "train", "tvmonitor"
    ],
    "inScaleFactor": 0.007843,
    "meanVal": 127.53,
    "size": 300,
    "threshold": 0.6,
    "xml": "Model/MobileNetSSD_deploy.xml"
  }
}

Intel® RealSense™ D415

Instala el SDK RealSense en la Pi. Asegúrate de que la cámara esté desconectada durante la instalación.

wget https://github.com/IntelRealSense/librealsense/raw/master/scripts/libuvc_installation.sh
chmod +x libuvc_installation.sh
sed -i "s/cmake ../ -DFORCE_LIBUVC=true -DCMAKE_BUILD_TYPE=release/cmake ../ -DFORCE_LIBUVC=true -DCMAKE_BUILD_TYPE=release DBUILD_PYTHON_BINDINGS=bool:true/" libuvc_installation.sh
./libuvc_installation.sh

Añade ruta de librería a ~/.bashrc:

echo 'export PYTHONPATH=$PYTHONPATH:/usr/local/lib' >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc

Verifica el dispositivo:

rs-enumerate-devices
python3 -c "import pyrealsense; print('PyRealsense loaded')"

Intel® Distribution of OpenVINO™ Toolkit

Sigue estos pasos para instalar OpenVINO en la Pi:

sudo apt-get install build-essential cmake unzip pkg-config
sudo apt-get install libjpeg-dev libpng-dev libtiff-dev
sudo apt-get install libavcodec-dev libavformat-dev libswscale-dev libv4l-dev
sudo apt-get install libxvidcore-dev libx264-dev
sudo apt-get install libgtk-3-dev
sudo apt-get install libcanberra-gtk*
sudo apt-get install libatlas-base-dev gfortran
sudo apt-get install python3-dev
cd
wget https://download.01.org/opencv/2020/openvinotoolkit/2020.1/l_openvino_toolkit_runtime_raspbian_p_2020.1.023.tgz
tar -xf l_openvino_toolkit_runtime_raspbian_p_2020.1.023.tgz
mv l_openvino_toolkit_runtime_raspbian_p_2020.1.023 openvino
echo 'source ~/openvino/bin/setupvars.sh' >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc

Intel® Neural Compute Stick 2

Instala dependencias NCS2:

sudo usermod -a -G users "$(whoami)"
cd
sh openvino/install_dependencies/install_NCS_udev_rules.sh

Conectar el Cuello

Acopla el servo final a través de la parte superior de Body-Middle.stl y fíjalo. Atornilla el brazo del servo a la base del cuello y conecta el servo. Usa poco adhesivo si hace falta para mantener estabilidad.

Fuente: EMAR Mini – Emergency Assistance Robot