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

Unidade de Processamento e Sistema de Visão para um

Robô Humanóide

Mauro André Moreira RodriguesUniversidade

de Aveiro

03-07-2008 2

Mestrado Integrado em Engenharia Electrónica e Telecomunicações

Mauro André Moreira Rodrigues

Resumo da Apresentação

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

03-07-2008 3



Objectivos

Integração da Unidade Central de Processamento Autonomia Computacional Implementação de um Ambiente de

Desenvolvimento

Desenvolvimento do Sistema de Visão

03-07-2008 4



Enquadramento

Robô Humanóide desenvolvido na Universidade de Aveiro.

A ambição é a participação no RoboCup.

03-07-2008 5



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.

03-07-2008 6



Enquadramento

Arquitectura de controlo distribuída

Três tipo de unidades, formando uma rede de controladores.

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

03-07-2008 7



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

03-07-2008 8




CPU standard PCI-104 AMD Geode LX-800 @

500MHz 512Mb RAM SSD 1Gb

03-07-2008 9




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

03-07-2008 10




Alterações à estrutura

03-07-2008 11



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

03-07-2008 12



Ambiente de Desenvolvimento

Ferramentas de Sistema Xfce Coriander

Bibliotecas OpenCV

Ferramentas de Programação Editor

Vim Compilador

GCC Make

IDE Kdevelop

03-07-2008 13



Sistema de Visão

03-07-2008 14



Sistema de Visão

Graus de Liberdade Unidade Pan&Tilt Inclinação do tronco

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

03-07-2008 15



Sistema de VisãoAquisição

Máscara

Segmentação - Componentes H, S e V

Localização do ObjectoPré-processamento

03-07-2008 16



Sistema de Visão

Região de Interesse (ROI) Dinâmica

03-07-2008 17



Sistema de Visão

Região de Interesse (ROI) Dinâmica

Com ROISem ROI

03-07-2008 18



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

q

CK

q

CKq

cos,

sin

tp KKK ,

03-07-2008 19



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

03-07-2008 20



ResultadosRealimentação Visual

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

03-07-2008 21




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

03-07-2008 22




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

Ganhos Fixos Ganhos Variáveis

03-07-2008 23




Seguimento em Tilt com ganhos variáveis Erro similar ao obtido em pan Utilização do tronco aumenta o erro

03-07-2008 24



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.

Região de Interesse garante uma maior imunidade ao ruído.

Localização e alinhamento, com a bola em posição fixa, exibe valores de erro baixos, e rápida convergência.

Erro no seguimento aponta para a necessidade de um controlo mais robusto.

03-07-2008 25



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

03-07-2008 26



Muito obrigado pela atenção

Agradecimentos

Aos meus orientadores

À minha família

À minha namorada

Aos meus amigos

A todos os colegas de trabalho

A todos os companheiros de equipa

A todos os presentes

Documents

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