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3 2 1 Projecto Atlas II Festival Robótica 2004 Engenharia Mecânica DEMUA Universidade de Aveiro Robot Autónomo para Competição no Robótica 2004 Autores:

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1 3 2 1 Projecto Atlas II Festival Robótica 2004 Engenharia Mecânica DEMUA Universidade de Aveiro Robot Autónomo para Competição no Robótica 2004 Autores: Miguel Oliveira Miguel Neta Orientador: Prof. Dr. Vítor Santos

2 Objectivos Participação no Festival Robótica 2004 – Classe CA (Condução Autónoma) Percorrer autonomamente uma pista de trajecto conhecido Desenvolver Robot Autónomo e Móvel Remodelação e actualização da versão do ano passado

3 Apresentação do problema Pista e Obstáculos Túnel Painel Sinalético Passadeira Parque Zona de Obras

4 As três rondas Primeira – Percorrer a pista duas vezes sem qualquer obstáculo. O Robot deve imobilizar-se no final do percurso Segunda – Presença do painel sinalético. O robot deve fazer reconhecimento por visão daquele e obedecer às ordens dadas Terceira – Presença de mais dois obstáculos, zona de obras (consiste num trajecto alternativo demarcado por pinos) e túnel.

5 Plano de Intervenção Sistema Operativo: Ambiente de Programação: Microcontrolador: Seguimento de Pista: Painel Sinalético: Windows LINUX Matlab Linguagem C Sensores Terceira Webcam Webcam 2 Webcams Carta Aquisição Sinais PIC (16F786)

6 Percepção dos obstáculos Túnel Painel Sinalético Passadeira Parque Zona de Obras Visão – Câmaras USB fornecem a imagem que será analisada pelo algoritmo de navegação Linhas da pista Retroreflector de infravermelhos Sensor de Infravermelhos analógico Visão – Algoritmos de identificação de cor Memorização do percurso a efectuar a partir de um ponto de referencia

7 Configuração do Robot Câmara DireitaBotão de emergência Fonte de AlimentaçãoPotenciómetro Placa Electrónica da Direccão Placa Electrónica da Tracção / PIC Suporte para Câmara dos Semáforos Motherboard Fusível de Protecção Servo Amplificador da Tracção Botões de ON/OFF, RESET, PIC RESET, START Câmara Esquerda Dissipador do Circuito de Direcção Baterias Tracção Baterias Direcção / PC Régua de Sensores Infravermelhos Estrutura de Alumínio

8 Esquema Funcional Imagem da câmara da Esquerda Imagem da câmara da Direita Motherboard – CPU Central Analisa imagem das câmaras e informações vindas dos sensores Algoritmo de navegação toma uma decisão no que respeita à velocidade e direcção desejadas Envia decisões tomadas para o PIC Ordem de velocidade Ordem de direcção Sensores dos pinos Sensor da passadeira MicroControlador PIC16F876 Interpreta as ordens vindas do Algoritmo de Navegação e envia os sinais eléctricos necessários aos motores Recolhe informações de todos os sensores do robot Envia para o algoritmo de navegação as informações dos sensores de distância e da passadeira Comunicação entre CPU e PIC via RS232

9 .É um microcontrolador – trata-se de um controlador lógico programável de tamanho muito reduzido..É muito utilizado hoje em dia – são a nova geração de microcontroladores aplicado na indústria de electrodomésticos devido à sua facilidade de programação (são facilmente reprogramados por porta RS232).Consegue ler valores analógicos ou digitais de tensão, gerar PWM e são totalmente programáveis, podendo inclusivamente alterar a função dos pinos (por exemplo de entrada para saída) em tempo real. Será responsável pelo controlo de baixo nível, o que permitirá simplificar o algoritmo principal de navegação O que é?.Pode ser comparado a um computador em ponto pequeno Para que serve? Função no Atlas Programação Baixo Nível I Introdução ao PIC16F876

10 Programação Baixo Nível I Protocolo de comunicação desenvolvido. PC PIC Ordem para alterar estado dos motores (1 byte). Identificador Sentido Quantidade Permite saber qual a ordem que se quer dar bem como caracterizá-la num único byte. Informa o estado de todos os sensores e botões (20 bytes). Início de trama. Sensores de túnel / zona de obras. Sensor de passadeira. Estado dos botões. Final de trama.

11 Aplicação do PIC no Robot PWM Sentido de Rotação tensão correspondente à direcção Controlo malha fechada do motor passo a passo Controlo em malha fechada para o motor DC

12 Programação Alto Nível I Colocação das câmaras Proposta inicial Longo alcance. Robots vencedores utilizam esta configuração. Difícil interpretação das imagens obtidas. Proposta Intermédia Médio alcance. Diminui risco de perda de linha. Fácil encontrar uma configuração do robot em que se perca a linha. Difícil interpretação das imagens. Solução inovadora. Solução Final Pouco alcance. Fácil interpretação das imagens. Solução inovadora. Risco reduzido de perda de linha. Aumenta a necessidade de rapidez de processamento.

13 Programação Alto Nível II Busca de Linha Dada a seguinte imagem: Importa decidir um limite de binarização adequado. Busca de linha horizontal Busca de linha vertical Ponto de linha encontrado (Busca Vertical) Ponto de linha encontrado (Busca Horizontal)

14 Programação Alto Nível III Busca da Postura Ideal Localização defeituosaCâmara da direita Desfasamento em relação à linha ideal. Valores de linha dos pixeis encontrados (azul) muito elevados. Compensação do desfasamento virando para a esquerda. Compensação é função do desfasamento.

15 Programação Alto Nível IV Busca da Postura Ideal Orientação defeituosaCâmara da Esquerda Construção da linha virtual. Cálculo do desfasamento virtual. Compensação do desfasamento. Virar para a esquerda. Cálculo do ângulo da linha. As falhas de orientação pesam mais do que as de localização.

16 Programação Alto Nível V Parâmetros de Validação Situação Problemática I Câmara da Esquerda Ângulos consecutivos muito dispares. Desvio padrão dos ângulos consecutivos. Busca de linha tem em conta a sua espessura. Cálculo dos ângulos entre pontos consecutivos. Outros Parâmetros: A imagem deve ser invalidada e… Deve ser a câmara direita a ditar a direcção a tomar.

17 Programação Alto Nível VI reconhecimento dos símbolos do sinalizador. Como reconhecer os símbolos?Reconhecimento de Forma Identificação de Cor É suficiente para reconhecer todos os símbolos?

18 Programação Alto Nível VII Modelos de cor Modelos de Cor: Modelos matemáticos para representar a cor de cada pixel. RGB É dos mais utilizados. Fácil de obter, com base na informação vinda da câmara. HSV A informação da cor está contida apenas numa variável.

19 Programação Alto Nível VIII RGB vs HSV RGB HSV

20 Participação no robótica 2004 Primeira Manga Segunda Manga Terceira Manga Data: Local: Porto Duração da Prova: 0:01:00 Classificação Parcial: Data: Local: Porto Duração da Prova: 0:02:05 Classificação Parcial: Data: Local: Porto Duração da Prova: 0:01:03 Classificação Parcial: Classificação Final:

21 Conclusões Solução Mecânica de Mobilidade Já utilizada pelos nossos colegas no ano passado, Facilita a escolha da direcção de forma rápida e eficaz, Persistem ainda alguns problemas no controlo da direcção. Alteração do sistema operativo / Programação em c Linux dispõe de muito mais potencial para aplicações robóticas, Ficheiros compilados de execução muito mais rápida, Aprendizagem difícil do Linux e C, Fazem aumentar imenso o potencial do robot. Utilização do microcontrolador É possível efectuar o pré-processamento dos dados obtidos, Possibilita uma cisão entre o software e o firmware, No futuro, talvez se deva utilizar um microcontrolador superior. Duas câmaras para seguimento de pista Concede redundância ao sistema, Opção, sem dúvida acertada. Câmara para interpretação do semáforo Apesar de não estar a funcionar aquando do festival, é a única opção possível, Faltou a implementação da heurística que analisa os histogramas HSV. Configuração das câmaras O pouco alcance implica malha aberta na aproximação à passadeira. Foi uma solução adequada ao tempo disponível.

22 Calendarização de tarefas

23 Agradecimentos Prof. Dr. Vítor Santos Eng. Camilo Christo Eng. António Festas Eng. André Quintã Luís Clara Gomes A todos os nossos colegas, em especial aos nossos antecessores José Luís Silva e José Miguel Gomes

24 FIM


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