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Title: Controle servo visual aplicado a manipuladores robóticos
Other Titles: Visual servo control applied to robotic manipulators
Authors: Cesar, Diego Brito dos Santos
metadata.dc.contributor.advisor: Pinheiro, Oberdan Rocha
metadata.dc.contributor.referees: Bomfim, Marcelo Henrique Souza
Keywords: Controle servo visual;Robôs manipuladores;Visão computacional
Issue Date: 10-Jul-2014
Publisher: Faculdade de Tecnologia SENAI CIMATEC
Citation: CESAR, Diego Brito dos Santos; PINHEIRO, Oberdan Rocha (Orientador). Controle servo visual aplicado a manipuladores robóticos. Salvador, BA, 2014. 73 p. TCCP (Especialização em Automação, Controle e Robótica) Faculdade de Tecnologia Senai Cimatec, Salvador, 2014.
metadata.dc.description.resumo: Nas últimas décadas tem aumentado consideravelmente o uso sensores visuais para guiar os robôs em suas tarefas. Esses sensores aumentam a flexibilidade do robô e possibilitam a atuação nas situações em que o ambiente é desconhecido ou quando não é possível garantir a posição de um objeto alvo. O controle servo visual é uma estratégia que utiliza as informações provenientes de uma câmera para guiar um robô à uma referência visual. Com o arcabouço da teoria de controle clássico, a inserção de um controle servo visual pode aumentar a precisão das tarefas bem como a sua confiabilidade, além de ser uma alternativa de baixo custo quando comparado a utilização de outros sensores que desempenhariam a mesma função. Existem basicamente duas grandes estratégias de controle servo visual, uma baseada na posição e outra baseada na imagem. A primeira utiliza a referência visual para estimar a postura do robô, calcular o erro em relação à postura desejada e calcular o sinal de controle. A segunda extrai as posições de algumas características na imagem e as compara com as posições que o robô deve enxergar quando estiver na posição desejada. A sua aplicação em robôs manipuladores têm ganhado grande importância com o aumento da capacidade de processamento dos computadores nos últimos anos e o avanço dos microcontroladores permitiu que esta técnica fosse introduzida também na robótica móvel. Este trabalho propõe a aplicação e avaliação de resultados de um controlador visual baseado em imagem em um robô manipulador ABB IRB140, utilizando uma câmera de baixo custo. A abordagem baseada em imagem apresenta robustez em relação à variação dos seus parâmetros e menor custo computacional, uma vez que não necessita reconstruir tridimensionalmente a imagem 3D. O objetivo fundamental do trabalho é avaliar o desempenho do sistema quando utilizado um controlador proporcional além de verificar as dificuldades de implementação prática. Para avaliar os resultados, foi elaborado uma rotina em C++ de visão computacional para extração das características da imagem de um objeto alvo. Esta foi capturada por uma webcam montada diretamente no braço robótico. Os cálculos de controle realizados pelo computador externo foram enviados através de comunicação ethernet para o controlador de alto nível do robô, programado em RAPID. Foram analisados cenários de seguimento de referência para aproximação e afastamento do objeto alvo e a resposta a pertubações. O desempenho foi satisfatório para todos os casos, pois comprovou-se capacidade de seguimento de referência da técnica. Para pequenos ganhos, a resposta teve um longo tempo de acomodação e uma trajetória suave. Essas características são mudadas medida que o ganho é aumentado, diminuindo o tempo de acomodação sob o custo de tornar a trajetória levemente oscilatória.
Abstract: In the last few decades there has been a considerable raise in the use of visual sensors for guiding robots in their tasks. These sensors increase the flexibility of the robot and make it possible for it to act in situations where the environment is unknown or when it is not possible to ensure the position of a target object. Visual servoing is a strategy that uses information from a camera to guide a robot to a visual reference. With the theoretical framework of Classic Control Theory, the insertion of visual servoing can increase precision in tasks as well as its reliability, besides being a low cost alternative when compared to the usage of other sensors that would do the same thing. There are basically two great strategies in visual servoing, one based in position and the other based in image. The first uses a visual reference to estimate the robot’s pose, calculate the error in relation to the desired pose and then calculate the control signal. The second extracts the positions of some characteristics in the image and compares them to the positions the robot should see when in the desired position. Its application in manipulator robots has gained great importance with the increase in processor capabilities of computers in the last few years and the advance of microcontrollers allowed this technique to be introduced also in mobile robotics. This work proposes to apply and evaluate the results of a visual controller based on image on a manipulator robot ABB IRB140, using a low cost camera. The approach based on image is robust in relation to the variation of its parameters, and lower computational cost, since it does not require reconstruction of a tridimensional image. The main goal of this study is to evaluate the performance of the system when using a proportional controller, as well as ascertain the difficulties of implementation in practice. To evaluate the results, a C++ computer vision routine was elaborated to extract the characteristics of the image of a target object. It was captured by a webcam placed directly above the robotic arm. The control calculations were made by an external computer and sent through the ethernet communication to the robot’s high level controller, programmed in the RAPID language. Tracking scenarios were analyzed for reference for approaching and withdrawal from the target object and response to disturbances. The performance was satisfactory for all cases, because the capacity to follow the reference was established for the technique applied. For small gains, the response had a long settling time and a soft trajectory. These characteristic are changed as the gain is raised, decreasing settling time in order to make the trajectory mildly oscillatory.
URI: http://repositoriosenaiba.fieb.org.br/handle/fieb/1229
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