ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΚΑΙ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ

1. ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΚΑΙ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ “Σύνθεση πληροφοριών αισθητήρων για την ασφαλή πλοήγηση έντροχου ρομποτικού οχήματος” Αθανάσιος Τσαλατσάνης

2. Δομή παρουσίασης • Εισαγωγή • Υλοποίηση αλγορίθμου κίνησης και αποφυγής εμποδίων • Παρουσίαση διαγραμμάτων ροής αλγορίθμων • Παρουσίαση αποτελεσμάτων • Συμπεράσματα

3. Εισαγωγή • Στόχος της εργασίας • Σύνθεση πληροφοριών αισθητήρων υπερήχων και οπτικού συστήματος για την ασφαλή πλοήγηση έντροχου ρομπότ • Περιβάλλον εργασίας • Εσωτερικός χώρος εργασίας • Δύο τύποι εμποδίων • Πρωτοτυπία της εργασίας • Ταυτόχρονη λειτουργία των αισθητήρων • Νέα τεχνική βαθμονόμησης οπτικού συστήματος

4. Υλοποίηση αλγορίθμου κίνησης και αποφυγής εμποδίων • Άντληση πληροφοριών οπτικού συστήματος • Αλλαγή χρωματικού χώρου • Εφαρμογή τεχνικής κατωφλίου • Εφαρμογή φίλτρου Gauss • Εξαγωγή χαρακτηριστικών σημείων εικόνας • Υπολογισμός απόστασης αντικειμένου • Στροφή οπτικού συστήματος • Ενεργοποίηση αισθητήρων υπερήχων • Κίνηση

5. Χρωματικοί χώροι • Οι εικόνες που λαμβάνονται από το οπτικό σύστημα ανήκουν στον χρωματικό χώρο RGB • Για τον εντοπισμό του κίτρινου αντικειμένου χρησιμοποιήθηκε ο χρωματικός χώρος YCbCr

6. Χρωματικός χώρος YCbCr ΕικόναRGB Φωτεινότητα Υ Χρωματικό χαρακτηριστικό Cb Χρωματικό χαρακτηριστικό Cr

7. Εφαρμογή κατωφλίου στον χρωματικό χώρο YCbCr

8. Φίλτρα Gauss • Εξομάλυνση της εικόνας χωρίς βλάβη της ευκρίνειας • Εφαρμόζονται με την συνέλιξη μιας μάσκας, h(x,y), με την συνάρτηση της ψηφιακής εικόνας, g(x,y), σύμφωνα με την σχέση Όπου n το μέγεθος της μάσκας, ενώ η συνάρτηση h(x,y) ορίζεται ως

9. Προοπτικές συντεταγμένες Προβολή ενός πραγματικού σημείου X,Y,Z στο επίπεδο της εικόνας

10. Υπολογισμός απόστασης Οπτικό σύστημα μιας κάμερας Στερεοσκοπικό οπτικό σύστημα

11. Συντελεστής ενδιαφέροντος Moravec • Χρησιμοποιείται για την εξαγωγή χαρακτηριστικών σημείων σε μια εικόνα • Εντοπίζει σημεία των οποίων η τιμή της έντασης αλλάζει γρήγορα σε τουλάχιστον μια διεύθυνση

12. Παράδειγμα υπολογισμού απόστασης Αρχικές εικόνες Επεξεργασμένες εικόνες Χαρακτηριστικά σημεία Αριστερή κάμερα Δεξιά κάμερα Πραγματική απόσταση 126.5cm, Υπολογισμένηαπόσταση 127.55cm

13. Στροφή οπτικού συστήματος Ελάχιστη απόσταση αντικειμένου 45cm Ελάχιστη απόσταση αντικειμένου 27cm

14. Κίνηση ρομποτικού οχήματος • Συναρτήσεις κίνησης του συστήματος Mobility • Αποφυγή εμποδίων • Οπτικό σύστημα: στροφή έως ότου δεν εντοπίζεται το αντικείμενο, κίνηση ευθεία για απόσταση ίση με την απόσταση του εμποδίου που εντοπίστηκε • Αισθητήρες υπερήχων: στροφή έως ότου δεν εντοπίζεται το αντικείμενο • Περιορισμοί • Δεν εντοπίζονται από το οπτικό σύστημα εμπόδια που δεν είναι κίτρινα • Ο υπολογισμός της απόστασης του αντικειμένου με την χρήση του οπτικού συστήματος παρουσιάζει σημαντικά σφάλματα στην περίπτωση όπου το αντικείμενο δεν φωτίζεται ομοιόμορφα

15. Αλγόριθμος εφαρμογής κατωφλίου

16. Αλγόριθμος κίνησης και αποφυγής εμποδίων

17. Αποφυγή εμποδίων με την χρήση οπτικού συστήματος Αποφυγή δύο εμποδίων Αποφυγή δύο εμποδίων

18. Αποφυγή εμποδίων με την χρήση οπτικού συστήματος Αποφυγή τριών εμποδίων Αποφυγή τριών εμποδίων

19. Αποφυγή εμποδίων με την χρήση των αισθητήρων υπερήχων Κίνηση του ρομποτικού οχήματος Κίνηση του ρομποτικού οχήματος

20. Αποφυγή εμποδίων με την χρήση οπτικού συστήματος και αισθητήρων υπερήχων Κίνηση του ρομποτικού οχήματος Κίνηση του ρομποτικού οχήματος

21. Αποφυγή εμποδίων με την χρήση οπτικού συστήματος και αισθητήρων υπερήχων Κίνηση του ρομποτικού οχήματος Κίνηση του ρομποτικού οχήματος

22. Παρουσίαση βίντεο • Αποφυγή εμποδίων με την χρήση του οπτικού συστήματος • Βίντεο 1 • Βίντεο 2 • Βίντεο 3 • Αποφυγή εμποδίων με την χρήση του οπτικού συστήματος και των αισθητήρων υπερήχων • Βίντεο • Αποφυγή δυναμικών εμποδίων • Βίντεο 1 • Βίντεο 2

23. Συμπεράσματα • Αναπτύχθηκε αλγόριθμος κίνησης και αποφυγής εμποδίων με την χρήση αισθητήρων υπερήχων και οπτικού συστήματος • Οπτικό σύστημα • Εντοπισμός κίτρινων αντικειμένων • Υπολογισμός απόστασης αντικειμένων με μέγιστο σφάλμα 5% για αντικείμενα που βρίσκονται έως 8 μέτρα από το έντροχο ρομπότ • Αισθητήρες υπερήχων • Αδυναμία εντοπισμού αντικειμένων που βρίσκονται σε διαφορετικό επίπεδο από το επίπεδο των αισθητήρων • Αδυναμία εντοπισμού αντικειμένων μικρών σε μέγεθος

24. Περιγραφή του ATRV-Mini • Έντροχο ρομπότ για χρήση σε εσωτερικό και εξωτερικό χώρο • Βασικά συστατικά • 2 κινητήρες συνεχούς ρεύματος • 4 τροχοί • 24 αισθητήρες υπερήχων • Οπτικό σύστημα • Συσκευή πρόσκτησης γραφικών • Παγκόσμιο σύστημα συντεταγμένων • Πυξίδα/γωνιόμετρο • Μέγιστη ταχύτητα 1,5m/s • Μέγιστη γωνιακή ταχύτητα 250ο/s

25. Αισθητήρες υπερήχων • Μικρό κόστος κατασκευής • Υπολογισμός απόστασης με πολύ γρήγορο ρυθμό • Περιοχή εντοπισμού που περιγράφεται από έναν κώνο με κορυφή το κέντρο του αισθητήρα, γωνία 30ο και ύψος 4m • Αδυναμία εντοπισμού μικρών επιφανειών, αντικειμένων που βρίσκονται σε διαφορετικό επίπεδο ή σε μεγάλη γωνία σε σχέση με την ακτίνα των αισθητήρων

26. Οπτικό σύστημα • Το οπτικό σύστημα του ATRV Mini αποτελείται απόδύο κάμερες SONY EVI D30 • Τα τεχνικά χαρακτηριστικά τους είναι • Χρωματικό πρότυπο NTSC • Βαθμός μεγέθυνσης 12X • Οριζόντιο πεδίο όρασης 48.8ο • Κάθετο πεδίο όρασης 37.6ο • Δυνατότητα κίνησης στο οριζόντιο και κάθετο επίπεδο • Εύρος οριζόντιας κίνησης 200ο • Εύρος κάθετης κίνησης 50ο

27. Υπολογισμός απόστασης σε μονοσκοπικό οπτικό σύστημα Λήψη αντικειμένου από δύο διαφορετικές θέσεις

28. Υπολογισμός απόστασης σε στερεοσκοπικό οπτικό σύστημα Λήψη αντικειμένου από δύο διαφορετικές θέσεις

29. Υπολογισμός απόστασης σε στερεοσκοπικό σύστημα υπό στροφή

30. Συντελεστής ενδιαφέροντος Moravec • Εντοπίζει σημεία των οποίων η τιμή της έντασης αλλάζει γρήγορα σε τουλάχιστον μια διεύθυνση • Υπολογίζεται το άθροισμα των τετραγώνων των τιμών της έντασης για κάθε διεύθυνση σε ένα παράθυρο S • Υπολογίζεται η ελάχιστη τιμή των αθροισμάτων • Υπολογίζονται τα τοπικά μέγιστα για μια μεγαλύτερη περιοχή • Εξαλείφονται τα στοιχεία που είναι μικρότερα από τα τοπικά μέγιστα

31. Αντιστοίχηση χαρακτηριστικών σημείων

32. Φίλτρα Gauss Συνήθεις μάσκες των φίλτρων Gauss 3x3 5x5 7x7

33. Αλγόριθμος λήψης εικόνας

34. Αλγόριθμος λειτουργίας οπτικού συστήματος