Unidade de Processamento e Sistema de Visão para um Robô Humanóide Mauro André Moreira Rodrigues...

Unidade de Processamento e Sistema de Visão para um

Robô Humanóide

Mauro André Moreira RodriguesUniversidade

de Aveiro

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Mestrado Integrado em Engenharia Electrónica e Telecomunicações

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Resumo da Apresentação Objectivos Enquadramento Unidade de Processamento Ambiente de Desenvolvimento Sistema de Visão Resultados Conclusões Trabalho Futuro

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Objectivos Integração da Unidade Central de

Processamento Autonomia Computacional Implementação de um Ambiente de

Desenvolvimento

Desenvolvimento do Sistema de Visão

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Enquadramento Robô Humanóide

desenvolvido na Universidade de Aveiro.

A ambição é a participação no RoboCup.

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Enquadramento A plataforma humanóide é constituída

por 22 graus de liberdade: • 2 em cada pé (2x2); • 1 em cada joelho (1x2); • 3 em cada anca (3x2); • 2 no tronco (2x1); • 3 em cada braço (3x2); • 2 na cabeça (PTU) (2x1).

Atinge os 70 cm de altura e uma massa total de 6,5 kg.

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Enquadramento Arquitectura de controlo

distribuída Três tipo de unidades,

formando uma rede de controladores.

Interligação por barramento CAN em configuração Master/Multi-Salve.

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Unidade Central de Processamento Responsável pela gestão global dos procedimentos:

Cálculo das configurações que as juntas devem adoptar com base em directivas de alto nível

Processamento de Imagem e Controlo com Realimentação Visual

Interacção com computador externo para monitorização, debug ou tele-operação

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Unidade Central de Processamento CPU standard PCI-104

AMD Geode LX-800 @ 500MHz

512Mb RAM SSD 1Gb

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Unidade Central de Processamento

Captura de Sinal Vídeo Placa PCMCIA FireWire Módulo Dual PCMCIA p/ PC104

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Unidade Central de Processamento

Alterações à estrutura

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Ambiente de Desenvolvimento

Sistema Operativo GNU/Linux Debian 40r0 i386 Net Install

Versão mínima, ≈200Mb.

Gestão de Memória Ciclos de escrita limitados no SSD

Sem Área de Swap Utilização de Ramdisk

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Ambiente de Desenvolvimento Ferramentas de

Sistema Xfce Coriander

Bibliotecas OpenCV

Ferramentas de Programação Editor

Vim Compilador

GCC Make

IDE Kdevelop

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Sistema de Visão

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Sistema de Visão Graus de Liberdade

Unidade Pan&Tilt Inclinação do tronco

Câmara UniBrain Fire-i @ 30fps (640x480)

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Sistema de VisãoAquisição

Máscara

Segmentação - Componentes H, S e V

Localização do ObjectoPré-processamento

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Sistema de Visão Região de Interesse (ROI) Dinâmica

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Sistema de Visão Região de Interesse (ROI) Dinâmica

Com ROISem ROI

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Sistema de Visão Algoritmo baseado em Imagem

Lei proporcional com ganhos fixos, , é o vector de incrementos nas juntas , matriz de ganhos constantes , é o vector de erro definido pelo desvio

da bola

Lei proporcional com ganhos variáveis,

Keq q

Tyx CCe ,

t

yt

t

xp

qCK

qCK

qcos

,sin

tp KKK ,

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ResultadosUnidade de Processamento

Aquisição Aquisição pela biblioteca OpenCV: 68ms Recurso a biblioteca proprietária

Aquisição directa a 160x120: 3ms Aquisição a 320x240 com pyr down: 14ms

Processamento Sem ROI: 15ms Com ROI: 11ms

Tempos (ms)

max min medio desvio

aquisição 32,4020 11,8780 13,6820 2,0275

pyr down 25,9050 9,4730 9,8432 1,6330

segmentação 41,6030 9,3320 9,8456 2,4185

centro de massa 3,2550 0,3970 1,3079 0,4478

controlo 0,1590 0,0140 0,0154 0,0093

actuação 37,2460 2,1670 4,4850 2,6913

total 118,6600 35,9060 39,1520 7,1468

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ResultadosRealimentação Visual

Alinhamento com a bola Rápido (~1s) Erro em regime estacionário (~7 pixels)

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Seguimento em Pan com ganhos fixos Erro aumenta na zona frontal ao robô

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Seguimento em Pan com ganhos variáveis Redução do erro na zona frontal

Ganhos Fixos Ganhos Variáveis

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Conclusões Plataforma Humanóide autónoma computacionalmente.

Controlador PC/104 baseado em Linux revelou-se um bom compromisso entre capacidade de processamento, versatilidade, consumo e tamanho.

Ambiente de desenvolvimento versátil que permite desenvolvimento directo na plataforma ou remoto.

A arquitectura implementada separa o processamento de visão alto-nível, do controlo baixo-nível, em malha fechada, dos actuadores.

Taxa média de processamento de 25Hz, um número suficiente para permitir estímulos rápidos e outros tipos de entradas visuais com variação rápida.

O processo de localização e alinhamento quando a bola se encontra numa posição fixa exibe valores de erro baixos, e rápida convergência.

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Trabalho Futuro Avançar para a detecção de forma para validar a detecção da bola

Reconhecimento de outros elementos, por exemplo, os presentes no terreno de jogo da competição RoboCup

Explorar a utilização do Jacobiano da imagem

Testar o efeito de um controlador PI (ou outros mais robustos) no desempenho do sistema

Estudar a influência do movimento do robô na informação visual e no desempenho do sistema de seguimento

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Muito obrigado pela atenção.

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