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

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

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

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.

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.

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.

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

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

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

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

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

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

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

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)

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

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

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

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,

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

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)

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

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

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

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.

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

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