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

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

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

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.

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

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

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

Esquema Funcional MicroControlador PIC16F876 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 Imagem da câmara da Esquerda Imagem da câmara da Direita Ordem de velocidade Ordem de direcção Sensores dos pinos Sensor da passadeira Comunicação entre CPU e PIC via RS232 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

Programação Baixo Nível I  Introdução ao PIC16F876 O que é? .É um microcontrolador – trata-se de um controlador lógico programável de tamanho muito reduzido. .Pode ser comparado a um computador em ponto pequeno Para que serve? .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. Função no Atlas Será responsável pelo controlo de baixo nível, o que permitirá simplificar o algoritmo principal de navegação

Programação Baixo Nível I  Protocolo de comunicação desenvolvido. Permite saber qual a ordem que se quer dar bem como caracterizá-la num único byte. Sentido Quantidade Identificador Ordem para alterar estado dos motores (1 byte). PC PIC 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.

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

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

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

Programação Alto Nível III  Busca da Postura Ideal Localização defeituosa Câmara 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.

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

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

Reconhecimento de Forma 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?

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

Programação Alto Nível VIII  RGB vs HSV

Participação no robótica 2004 Terceira Manga Segunda Manga Primeira Manga Data: 25-04-2004 Data: 24-04-2004 Data: 23-04-2004 Classificação Final: Local: Porto Local: Porto Local: Porto Duração da Prova: 0:01:03 Duração da Prova: 0:02:05 Duração da Prova: 0:01:00 Classificação Parcial: Classificação Parcial: Classificação Parcial:

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. Configuração das câmaras O pouco alcance implica malha aberta na aproximação à passadeira. Foi uma solução adequada ao tempo disponível. 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.

Calendarização de tarefas

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

FIM