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

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Apresentação em tema: "Unidade de Processamento e Sistema de Visão para um Robô Humanóide Mauro André Moreira Rodrigues Universidade de Aveiro."— Transcrição da apresentação:

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

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

3 Mestrado Integrado em Engenharia Electrónica e Telecomunicações Mauro André Moreira Rodrigues Objectivos Integração da Unidade Central de Processamento Autonomia Computacional Implementação de um Ambiente de Desenvolvimento Desenvolvimento do Sistema de Visão

4 Mestrado Integrado em Engenharia Electrónica e Telecomunicações Mauro André Moreira Rodrigues Enquadramento Robô Humanóide desenvolvido na Universidade de Aveiro. A ambição é a participação no RoboCup.

5 Mestrado Integrado em Engenharia Electrónica e Telecomunicações Mauro André Moreira Rodrigues 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.

6 Mestrado Integrado em Engenharia Electrónica e Telecomunicações Mauro André Moreira Rodrigues Enquadramento Arquitectura de controlo distribuída Três tipo de unidades, formando uma rede de controladores. Interligação por barramento CAN em configuração Master/Multi-Salve.

7 Mestrado Integrado em Engenharia Electrónica e Telecomunicações Mauro André Moreira Rodrigues 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

8 Mestrado Integrado em Engenharia Electrónica e Telecomunicações Mauro André Moreira Rodrigues Unidade Central de Processamento CPU standard PCI-104 AMD Geode 500MHz 512Mb RAM SSD 1Gb

9 Mestrado Integrado em Engenharia Electrónica e Telecomunicações Mauro André Moreira Rodrigues Unidade Central de Processamento Captura de Sinal Vídeo Placa PCMCIA FireWire Módulo Dual PCMCIA p/ PC104

10 Mestrado Integrado em Engenharia Electrónica e Telecomunicações Mauro André Moreira Rodrigues Unidade Central de Processamento Alterações à estrutura

11 Mestrado Integrado em Engenharia Electrónica e Telecomunicações Mauro André Moreira Rodrigues 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

12 Mestrado Integrado em Engenharia Electrónica e Telecomunicações Mauro André Moreira Rodrigues Ambiente de Desenvolvimento Ferramentas de Sistema Xfce Coriander Bibliotecas OpenCV Ferramentas de Programação Editor Vim Compilador GCC Make IDE Kdevelop

13 Mestrado Integrado em Engenharia Electrónica e Telecomunicações Mauro André Moreira Rodrigues Sistema de Visão

14 Mestrado Integrado em Engenharia Electrónica e Telecomunicações Mauro André Moreira Rodrigues Sistema de Visão Graus de Liberdade Unidade Pan&Tilt Inclinação do tronco Câmara UniBrain 30fps (640x480)

15 Mestrado Integrado em Engenharia Electrónica e Telecomunicações Mauro André Moreira Rodrigues Sistema de Visão Aquisição Máscara Segmentação - Componentes H, S e V Localização do Objecto Pré-processamento

16 Mestrado Integrado em Engenharia Electrónica e Telecomunicações Mauro André Moreira Rodrigues Sistema de Visão Região de Interesse (ROI) Dinâmica

17 Mestrado Integrado em Engenharia Electrónica e Telecomunicações Mauro André Moreira Rodrigues Sistema de Visão Região de Interesse (ROI) Dinâmica Com ROISem ROI

18 Mestrado Integrado em Engenharia Electrónica e Telecomunicações Mauro André Moreira Rodrigues 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,

19 Mestrado Integrado em Engenharia Electrónica e Telecomunicações Mauro André Moreira Rodrigues Resultados Unidade 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) maxminmediodesvio aquisição32,402011,878013,68202,0275 pyr down25,90509,47309,84321,6330 segmentação41,60309,33209,84562,4185 centro de massa3,25500,39701,30790,4478 controlo0,15900,01400,01540,0093 actuação37,24602,16704,48502,6913 total118,660035,906039,15207,1468

20 Mestrado Integrado em Engenharia Electrónica e Telecomunicações Mauro André Moreira Rodrigues Resultados Realimentação Visual Alinhamento com a bola Rápido (~1s) Erro em regime estacionário (~7 pixels)

21 Mestrado Integrado em Engenharia Electrónica e Telecomunicações Mauro André Moreira Rodrigues Resultados Realimentação Visual Seguimento em Pan com ganhos fixos Seguimento em Pan Erro aumenta na zona frontal ao robô

22 Mestrado Integrado em Engenharia Electrónica e Telecomunicações Mauro André Moreira Rodrigues Resultados Realimentação Visual Seguimento em Pan com ganhos variáveis Redução do erro na zona frontal Ganhos FixosGanhos Variáveis

23 Mestrado Integrado em Engenharia Electrónica e Telecomunicações Mauro André Moreira Rodrigues Resultados Realimentação Visual Seguimento em Tilt com ganhos variáveis Seguimento em Tilt Erro similar ao obtido em pan Utilização do tronco aumenta o erro

24 Mestrado Integrado em Engenharia Electrónica e Telecomunicações Mauro André Moreira Rodrigues 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.

25 Mestrado Integrado em Engenharia Electrónica e Telecomunicações Mauro André Moreira Rodrigues 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

26 Mestrado Integrado em Engenharia Electrónica e Telecomunicações Mauro André Moreira Rodrigues 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


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