DESARROLLO DE UN ALGORITMO PARA EL CALCULO DE LA DISTANCIA Y POSE DE DOS OBJETIVOS UTILIZANDO UN SISTEMA DE VISIÓN ARTIFICIAL

Transcripción

1 DESARROLLO DE UN ALGORITMO PARA EL CALCULO DE LA DISTANCIA Y POSE DE DOS OBJETIVOS UTILIZANDO UN SISTEMA DE VISIÓN ARTIFICIAL Leonardo Gaona Huertas Oscar Eduardo Rojas Patiño Director Ing Miguel Perez Universidad Distrital Francisco Jose de Caldas gaonaleonardo@yahoo.com ferrocarril78@yahoo.com Received ; accepted

2 2 Contents 1 INTRODUCCION 3 2 ESTADO DEL ARTE Visión articial estereo con aplicación al control de un brazo de robot Visión Estereoscópica y Estimación de Pose para el Posicionamiento de un Brazo Robótico JUSTIFICACION 7 4 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 8 5 OBJETIVOS Objetivo General Objetivos Especicos ALCANCES Y LIMITACIONES 10 7 RESULTADOS ESPERADOS 11 8 METODOLOGIA PLANTEADA 12 9 CRONOGRAMA PRESUPUESTO 16

3 3 1. INTRODUCCION E n el grupo de investigación DIGITI de la facultad tecnológica nace la necesidad de investigar y desarrollar sistemas de visión articial que estén relacionados con la manipulación de los brazos robóticos existentes en los laboratorios de la facultad; el desarrollo de un algoritmo que permita calcular por medio de visión articial la distancia y la pose de dos objetos conocidos, para que por medio de los brazos robóticos estos puedan ser sujetados y desplazados cierta distancia en el plano. permitira explorar la forma de implementación de sistemas robóticos en los diferentes procesos industriales de gran escala ha facilitado la realización de tareas complejas, repetitivas, monótonas, desagradables o peligrosas.

4 4 2. ESTADO DEL ARTE 2.1. Visión articial estereo con aplicación al control de un brazo de robot El proyecto expone la aplicacion de la vision articial estereoscopica a traves de la implementacion de un control visual para el manipulador robotico, con el n de llevar a cabo el desarrollo del proyecto se describe las principales caracteristicas que son: Diseño e implementacion de una nueva plataforma por vision estereo, involucra un robot de seis grados de libertad y un software proyectado de forma modular Esta plataforma de vision por computadora consiste en incorporar a un sistema dinamico un sensor externo, como lo es una camara de video encargada de obtener informacion visual que sea usada para controlar al sistema. Esta tecnica es conocida as ya que incorpora al sistema dinamico mayor exibilidad y la capacidad de obtener informacion de su entorno fuente.ã ngel Ernesto Gómez Sà nchez Daniel Ivà n Zamorano Acosta (2008) Diseño de un conjunto de algoritmos de vision por computadora Estos algoritmos comprenden diferentes tecnicas de procesamiento de imagenes las cuales permiten obtener una informacion del medio en el que el manipulador se encuentra es decir mediante esto algoritmos se conforma el sistema sensorial de la plataforma Desarrollo del Modelo Optico de Vision Estereoscopico El modelo optico de estereo vision. Este usa la informacion visual obtenida por los algoritmos de vision articial explicados en el captulo anterior y la informacion de algunos parametros internos o externos de la camara y del lente. Con estos datos, el modelo es capaz de ubicar un punto en el espacio.

5 5 Diseño de controlador visual difuso El objetivo principal de este controlador es probar el desempeño del modelo optico de estereo vision tal como se muestra en el siguiente esquema 2.2. Visión Estereoscópica y Estimación de Pose para el Posicionamiento de un Brazo Robótico Este proyecto consiste en el estudio de las tecnicas de vision articial aplicados en la robotica mediante un sistema de vision que permita la implementacion de un algoritmo de calibracion de las camaras inherentes en la vision articial del sistema. Basicamente el objetivo degeneral de proyecto se describe como: Usar la visión estereoscópica provista por dos cámaras calibradas y la estimación de pose de una cámara calibrada montada sobre el robot, para localizar un punto en el espacio y usar esta información dentro de un lazo de control que lleve el efector nal de un brazo robótico tipo PUMA al punto nal deseado y sus principales caracteristicas son: Diseño y construcción de una articulación de al menos un grado de libertad adicional para el eslabón terminal del brazo PUMA con base para cámara e índice posicional.

6 6 Resolver la localización espacial del blanco aplicando el método de visión estereoscópica y realizar la aproximación del eslabón nal al blanco. Realizar desplazamientos para localizar el blanco, resolver la localización espacial del blanco aplicando el método de estimación de pose y realizar la aproximación del eslabón nal al blanco.moreno (2003)

7 7 3. JUSTIFICACION La implementación de la robótica en los diferentes procesos industriales de gran escala ha facilitado la realización de tareas complejas, repetitivas, monótonas, desagradables o peligrosas. La utilización de un sistema robótico en un proceso automatizado genera mayor eciencia en el proceso en cuanto a tiempo y costo de producción. Pero para la mayoría de los casos el sistema robótico funciona bajo parámetros ya establecidos y en un entorno totalmente estructurado donde se hace fundamental la memorización de las secuencias correspondientes para los movimientos de cada uno de los grados de libertad del robot. En vista de esa restricción se pretende dotar al robot con cierto grado de inteligencia y autonomía por medio del desarrollo de un algoritmo basado en visión articial, que permita calcular la distancia y pose de dos objetos que se encuentren dentro del área de trabajo del robot, para posteriormente controlarlo y posicionarlo de tal manera que logre sujetar los objetos para luego desplazarlos cierta distancia dentro de la misma área de trabajo.

8 8 4. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Debido a la importancia que tiene los manipuladores robóticos en la industria actual en donde ejecutan diferentes tareas de complejidad variada pero con restricciones considerables, como la acción por medio de tareas programadas, surge la necesidad de investigar y desarrollar para el grupo de investigación DIGITI, sistemas relacionados con visión articial que permitan darle inteligencia y autonomía a los brazos robóticos dotándolos de percepción por medio de la visión de una o más cámaras de tipo convencional.

9 9 5. OBJETIVOS 5.1. Objetivo General Desarrollar un algoritmo para el cálculo de distancia y posicionamiento de dos guras geométricas tridimensionales, utilizando un sistema de visión articial implementado en el manipulador MITSUBISHI MOVEMASTER EX (RV-M1) de la facultad tecnológica, que permita desplazar los objetos de una posición A cualquiera a una B determinada Objetivos Especicos Desarrollar el algoritmo para el cálculo de distancia entre los dos objetos y el manipulador. Desarrollar el algoritmo para el cálculo de posicionamiento de cada uno de los objetos respecto al efector terminal del manipulador. Unicar los algoritmos desarrollados en uno general, para luego ser relacionado e interpretado por el sistema de control del manipulador robótico. Implementar las diferentes pruebas sobre el manipulador robótico con el n de corroborar el funcionamiento del algoritmo elaborado.

10 10 6. ALCANCES Y LIMITACIONES El alcance del proyecto esencialmente se enfoca a que solo el proyecto tendra aplicacion al manipulador mitsubishi movemaster RVM1 ya que para distintos manipuladores es obvio que se tendra que utilizar otros entornos de comunicacion con el software, en este sentido el proyecto esta limitado tanto al manipulador en su parte operativa o espacio de trabajo como en el enlace de la comunicacion del software para la ejecucion de los algoritmos en el control del manipulador.a continuacion se muestra la zona operativa del manipulador representando asi la principal limitacion que posee el proyecto a nivel estructural.

11 11 7. RESULTADOS ESPERADOS Como resultado nal se espera desarrollar un algoritmo basado en visión articial que permita dotar al brazo o manipulador robótico de cierto grado de inteligencia y autonomía para que de esta forma logre realizar el desplazamiento de dos guras tridimensionales de un lado a otro en el espacio de trabajo del robot. La pasantía de investigación tiene como n conseguir bases de conocimiento en el área de la visión articial de manera que el grupo de investigación se apropie de ellos y los utilice para el desarrollo de proyectos futuros.

12 12 8. METODOLOGIA PLANTEADA La metodología planteada para el desarrollo de la solución consta de diferentes etapas en donde alguna de ellas de tiene como n primordial realizar el alistamiento de la información que será introducida en los algoritmos de cálculo de distancia y posicionamiento de los dos objetos geométricos que serán sujetados por el brazo robótico. Este trabajo de grado pretende principalmente investigar en las técnicas existentes de visión articial o visión robótica y poder aplicarlas adecuadamente sobre el manipulador robótico existente en la facultad de la universidad. Lo novedoso de este proyecto es que se realizara un sistema de alta complejidad con herramientas comunes como una cámara web y software de conocimiento previo por parte de los proponentes. El siguiente diagrama de ujo indica las etapas que constituyen la solución al problema.:

13 13 Adquisición de la Información: En este bloque se subdivide en dos más en donde se realiza principalmente la adquisición del video el cual está relacionado directamente con la cámara de video acerca de su ubicación en el robot, el tipo de datos y formatos en los que entregara las imágenes adquiridas del entorno deseado. El segundo bloque se relaciona con la adquisición de la información por el software en el que se realizara el procesamiento de la imágenes. Calibración de Cámaras: Debido a que las imágenes que se desean adquirir son provenientes de un entorno real y tienen valores de tamaño jos es necesario realizar el ajuste de la cámara adecuada que permita obtener dichos valores reales relacionados y representados en valores adecuados en pixeles. Por otro lado el mejoramiento del entorno de grabación con respecto la luz y brillo es un factor ideal a corregir en esta etapa. Procesamiento de Imágenes: En esta parte del proyecto se realizaran transformaciones y modicaciones de las imágenes obtenidas por la cámara de manera que se permita realizar la obtención adecuada de los datos necesarios para el procesamiento. Algunos de las procesos realizados aquí son la umbralizacion de las imágenes, agrupación por áreas de interés, localización de centroides entre otras. Algoritmos de cálculo de Distancia y Posicionamiento: Una vez listos los datos de interés de las imágenes se procede a realizar todo el cálculo matemático y geométrico necesario que permita obtener la distancia y posición de los dos objetos geométricos que se desea sean sujetados y desplazados por el robot. En esta parte es importante relacionar que se realizara un acople o ajuste del algoritmo desarrollado con el lenguaje utilizado por el robot para la interpretación de los movimientos deseados Pruebas Especícas: Se realizara pruebas especicas en donde se pretende

14 14 principalmente hacer que el robot se desplace la distancia necesaria a una velocidad adecuada sobre la supercie del objeto deseado se posicione y posteriormente lo sujete y pueda desplazarlo una distancia determinada sobre el área de trabajo.

15 15 9. CRONOGRAMA

16 PRESUPUESTO

17 17 REFERENCES Marco Antonio Moreno. Visión articial estero con aplicaciã³n al control de un brazo de robot. PhD thesis, INSTITUTO POLITà CNICO NACIONAL, Mexico, à ngel Ernesto Gómez Sà nchez Daniel Ivà n Zamorano Acosta. Visión Estereoscópica y Estimación de Pose para el Posicionamiento de un Brazo Robótico. Tesis de maestria, cenidet, Mexico, This manuscript was prepared with the AAS L A TEX macros v5.2.