2. Koło Naukowe Automatyki i Robotyki Robomatic
Transkrypt
2. Koło Naukowe Automatyki i Robotyki Robomatic
SherLOCK System śledzenia globalnej pozycji obiektów na potrzeby robotyki mobilnej Koło Naukowe Automatyki i Robotyki Robomatic Każda dziedzina nauki ma elementy będące absolutną podstawą do studiowania bardziej zaawansowanych zagadnień, tak jest również i z robotyką mobilną. Każdy robot, który porusza się w dowolny sposób, potrzebuje się lokalizować, czyli szacować swoją pozycję w danym środowisku; potrzebuje się nawigować, czyli ustalać gdzie jest cel, do którego dąży; potrzebuje też planować, czyli obliczać najlepszą drogę ze swojej pozycji do tego celu, ale to tylko kilka z wielu innych zadań, które stoją przed robotykami na całym świecie. Załóżmy teraz, że młody naukowiec, zainspirowany jakimś ciekawym równaniem matematycznym dojdzie do wniosku, że mógłby znacznie zwiększyć dokładność, z jaką roboty lokalizują się na mapie. Po kilku miesiącach instensywnej pracy udaje mu się doprowadzić do pierwszej stabilnej wersji oprogramowania, tylko teraz pojawia się problem: w jaki sposób stwierdzić, czy nowa lokalizacja jest lepiej obliczona niż ta za pomocą starego algorytmu? Rysunek 1: Przykład zadania lokalizacji robota mobilnego na znanej mapie budynku. Problemem jest zawsze dokładność wyznaczonej pozycji, którą my chcemy zmierzyć za pomocą niniejszego projektu. Projekt jest próbą wyjścia naprzeciw temu problemowi z wykorzystaniem podejścia dokładnych i szybkich kamer przemysłowych połączonych w komplementarny system wizyjny służący do wyznaczania rzeczywistego położenia obiektów w zewnętrznym układzie odniesienia. Nasz system pozwoli zmierzyć błąd samolokalizacji nie tylko robotów mobilnych (będziemy mogli śledzić każdy obiekt fizyczny) i porównać ich pozycję obliczoną według wskazań sensorów z rzeczywistą pozycją globalną, czyli tą obserwowaną przez zewnętrzny system kamer. Następnie możliwa będzie poprawa błędów z sensorów i znaczne zwiększenie dokładności samolokalizacji robota. System jest absolutnie niezbędnym elementem prowadzenia badań w dziedzinach związanych z lokomocją robotów mobilnych. Nie jesteśmy w stanie pokazać naukowemu światu żadnego nowego algorytmu przykładowo budowania mapy środowiska, w którym znajduje się robot, bez znajomości a priori dokładnej jego pozycji w tym środowisku. Nie chodzi o to, by upośledzić działanie robota w nieznanym środowisku, tylko by zweryfikować, jak dobrze nasze algorytmy radzą sobie z niepewnościami pomiarów dokonywanych przez sensory. Sam system składać się będzie z 5 kamer przemysłowych Full HD z soczewką asferyczną o bardzo małym zniekształceniu obrazu. Kamery umieszczone zostaną w laboratorium, w środowisku statycznym na jednakowej wysokości około 3 metrów nad podłogą. Pola widzenia kamer nachodzą na siebie i pokrywają powierzchnię ok. 4m x 5m Zakładamy, że kamery pozwolą uzyskać dokładność +/- 5mm w wyznaczeniu położenia znacznika. Rysunek 2: Propozycja profesjonalnej przemysłowej kamery HD z interfejsem gigaethernetowym oraz wyzwalaniem zewnętrznym umożliwiającym synchronizację rejestrowanych obrazów z kilku kamer. Zasada działania polega na wykrywaniu przez kamery specjalnego znacznika umieszczonego na poruszającym się obiekcie. Obraz z każdej z kamer przesyłany jest na serwer obliczeniowokomunikacyjny. Tam wykonywane są operacje przetwarzania obrazu oraz algorytmy pozwalające znaleźć znacznik na obrazie i wyliczyć jego pozycję. Pozycja znacznika wyznaczana jest w globalnym układzie współrzędnych (‘x’ i ‘y’) na podstawie wzorca umieszczonego na stałe na podłodze. Pomiary z 5 kamer są matematycznie składane (bynajmniej nie jest to średnia arytmetyczna, tylko optymalizacja grafu zbudowanego na hipotetycznych miejscach rozpoznania znacznika) co pozwala na znaczne zwiększenie dokładności śledzenia. Serwer wysyła także sygnał synchronizujący do kamer, aby pobranie kolejnej klatki obrazu odbywało się w sposób zsynchronizowany. Aby system działał w czasie rzeczywistym, bez opóźnień, potrzeba dużej mocy obliczeniowej. Wynikiem tego projektu będzie stanowisko, które będzie mogło być używane przez każdego, kto potrzebuje dokładnej informacji o pozycji śledzonego obiektu. Podejrzewamy, że projekt szybko rozwinie się jako gotowe stanowisko laboratoryjne wykorzystywane na zajęciach kierunku Automatyka i Robotyka na wydziale Mechatroniki, jednak nic nie stoi na przeszkodzie, by inni członkowie kół/samorządów prowadzący badania w podobnym zakresie mogli zweryfikować swoje pomysły z wykorzsytaniem naszego stanowiska. Liczymy na to, że będzie to nasza droga do dalszego rozwoju w dziedzinie algorytmiki na potrzeby robotyki mobilnej.