Robótica Competitiva

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Universidade Federal do Paraná Departamento de Informática

Robótica Competitiva

Percepção

Prof. Eduardo Todt 2019

Universidade Federal do Paraná Departamento de Informática

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 _{Adquirir conhecimento sobre o ambiente}

 _{Fornecer realimentação para controle em}

tarefas de localização e navegação

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 _{Origem dos sinais}  _{Propriocetivos}

 _{Velocidade motor, carga rodas, ângulos juntas,}

tensão bateria

 _{Exteroceptivos}

 _{Distâncias, intensidade luminosa, imagens,}

amplitude sonora

 _{Natureza dos sensores}  _Passivos

 _{Sondas de temperatura, microfones, CCDs}

 _Ativos

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 _{Faixa dinâmica}  _Resolução

 _Linearidade

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 _{Sensitividade}

 _{Sensitividade cruzada}

 _Erro

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 _{Erros sistemáticos}

 _{Erros randômicos}

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 _{Sensores tácteis}

 _{Chaves de contato, pára-choques, barreiras}

ópticas, sensores de proximidade

 _{Sensores para motor e rodas}

 _{Encoders de escovas, potenciômetros, synchros,}

resolvers, encoders ópticos, magnéticos, indutivos, capacitivos

 _{Sensores de orientação}

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 _{Sinalizadores referenciados à terra}

(Ground-based beacons)

 _{GPS, beacons ópticos, RF ou ultrassom, beacons} refletivos

 _{Medição ativa de distância}

 _{Sensres refletivos, ultrassom, laser rangefinder,} triangulação óptica, luz estruturada

 _{Sensores de movimento e velocidade}

 _{Radar doppler,dopple rsônico}

 _{Sensores baseados em visão}

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http://mechatronics.mech.northwestern.edu/design_ref/sensors/encoders.html

Ciclos por revolução (CPR) Robotica típ. 2.000 Indústria até 10.000 Encoder em quadratura - quantidade - direção - referência zero - acuracidade 100%

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 _{Digital compass}

 _{Honeywell HMR3200),}

acuracidade 1°, resolução 0,1°, US$300.00

 _{Dinsmore 1490, Hall effect, 8} direções, US$15.00

 _{Hall effect: alteração do}

potencial elétrico com o campo magnético, baixa resolução,

baixa BW

 _{Flux gate: baseado em bobinas} por onde o campo magnético causa alteração na fase de coprrente alternada. Maior acuracidade e resolução.

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 _{Preservam orientação em relação a um frame de referência}

fixo

 _{Mecânicos (bons 0,1 graus/6h são caríssimos US$100.000)}

e Ópticos (estado sólido, baseados na velocidade da luz em fibras ópticas, ex: Analog Devices ADXRS50 US$50.00)

 _{Estação MIR (1986-2001) tinha 11 giroscópios}  _{Hitec HG-R01 US$50.00}

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http://msdn.microsoft.com/en-us/library/bb483042.aspx

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• _Naturais • _Artificiais • _Ativos • _Passivos • _{Distinguíveis} • _{Não-distinguíveis}

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• _{Origem militar}

• _{24 satélites orbitando em torno da terra a}

20190 m (atualmente 31 satélites)

• _{4 satélites em cada um de 6 planos inclinados}

a 55º com respeito ao plano do equador

• _{Outros sistemas}

– _{Global Navigation Satellite System (Glonass)} – _Galileo

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 _Desafios

• _{Sincronizaçao relógios (atômicos em cada}

satélite)

• _{Acuracidade afetada em aprox. 0,3m / ns de}

tempo de propagação

• _{Monitoração da posição real de cada}

satélite; satélite master transmite a posição real aos demais

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 _{Medições em distâncias grandes: range sensors}  _{Time-of-flight}

 _D=c*t

_{c=distância percorrida – usualmente ida-e-volta,}

c=velocidade de propagação da onda, t=tempo de propagação

 _{Ultrassom: velocidade do som (aprox. 0,3m/ms)}  _{Laser: velocidade da luz (aprox. 0,3m/ns)}

 _{Não é trivial com ondas eletromagnéticas: 3m} resultam em 10ms

 _{Incertezas na medição do tempo, ângulo de abertura,} iterações com ambiente, variação velocidade,

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• _{Tx pacote de ondas}

• _{Velocidade do som no ar (aprox. 340m/s)}

* 2

c t

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treshold treshold

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• Frequência típica: 40-180KHz

• Gração do som: piezoelétrico

– _{Transmissor junto ou separado do receptor} • Propagação em cone

– _{Aberturas entre 20º a 40º}

– _{Regiões de profundidade constante} – _{Segmentos de arco (esfera 3D)}

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• _Problemas

– Superfícies absorvem som

– _{Geometria da reflexão}

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• Feixes transmitido e recebido são colineares • Detecção do tempo para ida-e-volta

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• Laser pulsado (exige resolução de pico-segundos!)

• Frequência de batimento entre onda modulada em frequência e sua reflexão

• Deslocamento de fase entre onda emitida e refletida

– Ambiguidade em módulos do comprimento de onda Reflexão difusa, se rugosidade maior que comprimento de onda do feixe luminoso (tip. 824nm IR)

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• _{Resoluções angulares de 0,5 graus} • _{Resoluções de distância de 5 cm} • _{Distâncias entre 5 cm e 20 m}

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• Bom para distâncias pequenas (até 1m)

• Baratos

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 Sensores

◦ CCD

 _{Array de sensores, carga em capacitores transferida entre}

pixels, leitura realizada em um extremo

 _{Maior sensibilidade próximo a IR}

 _{Maior faixa dinâmica (ex: 40000:11 → 3600:1 → 35dB)}

◦ CMOS

 _{Transistores junto a cada pixel permitem leitura em paralelo}

dos pixels

 _{Menor resolução e menor sensibilidade devido à presença}

dos transistores adicionais

 _{Processo de fabricação mais simples}

 Imagem em cores

◦ Um CCD com filtros RGB em pixels vixzinhos

◦ Três CCDs, cada um com filtro global RGB

 _Problemas

◦ Sensibilidades distintas para RGB, azul menor

◦ White-balance

◦ Color constancy

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• _{Sentido mais poderoso}

• _{Sentido mais complexo}

• _{Projeção 3D em plano 2D}

– _{Detectores de bordas} – _{Segmentação}

– _{Estéreo e triangulação}

– _{Profundidade a partir do foco} – ...

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• _{Inteligência artificial} • _Robótica • _{Computação gráfica} • _{Processamento de imagens} • _Psicologia • _{Aprendizagem computacional}

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• _{Furo permite passagem de raios por um}

único ponto

• _{Centro de projeção (furo)}

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Limites

-redução luz -difração

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• _{Lente foca os raios no plano de projeção}

• _{Raios que passam pelo centro não são}

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_{Todos raios paralelos convergem para um}

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• _{Distância é inversamente proporcional à}

disparidade (v – v’)  objetos próximos são medidos com maior acuracidade

• _{Disparidade é proporcional à b }

aumentando b alguns objetos podem aparecer somente em uma câmera

• _{Melhorando resolução da câmera melhora}

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• _{Matching de pontos nas duas imagens que}

correspondem ao mesmo ponto no mundo 3D

• _{Critérios: correlação e diferença}

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F Moreno 2001

Transformação de cada plano de imagem para que pares

conjugados de linhas epipolares fiquem colineares e paralelas a um eixo da imagem

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Transformação de cada plano de imagem para que pares

conjugados de linhas epipolares fiquem colineares e paralelas a um eixo da imagem

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• _{Exemplo de correspondência com}

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• _{Ache os pontos}

conjugados

• _{Calcule a}

disparidade d=v-v’

• _{Objetos mais}

próximos são

representados mais

claros

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• _{Aproximação do movimento aparente dos}

objetos em uma imagem

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