ATLAS 2

Robot Autónomo para Competição no Robótica 2004

Autores: Miguel Neta Miguel

Oliveira

Orientador: Prof. Dr. Vítor Santos

Objectivos

• Participação no Festival Robótica 2004 – Classe CA (Condução Autónoma)

• Consiste em percorrer autonomamente uma pista de trajecto conhecido

• Desenvolver Robot Autónomo

• Projecto é uma evolução da versão do ano passado

Porquê repetir?

. Roda dianteira de direcção

. Duas rodas traseiras de tracção

• Sistema operativo . Windows

• Plataforma de programação. MatLab

• Carta de aquisição. Carta limitava o sistema operativo a usar

• Utilização de uma câmara apenas e do sistema de espelhos . Sistema pouco eficaz para seguimento de linha.

• Em conclusão .Controlo estava bastante limitado por vários factores

• Filosofia de abordagem do problema

Manutenção da solução anterior

Alteração para Linux

Linguagem C

Duas câmaras - redundância

microcontroladores

Software e hardware(pc, placas, pic, câmaras) reformulados

Apresentação do problema

• Pista e Obstáculos

Túnel

Painel Sinalético

Passadeira

Parque

Zona de Obras ???

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 da zona de obras. Consiste num trajecto alternativo demarcado por pinos.

Percepção dos obstáculos

Túnel

Painel Sinalético

Passadeira

Parque

Zona de Obras

Visão – Câmaras USB fornecem a imagem que será analisada pelo algoritmo de navegação

Linhas da pista

Retroreflector deinfravermelhos

Sensor de Infravermelhosanalógico

Visão – algoritmos dereconhecimento dos símbolos

Memorização do percurso aefectuar a partir de um ponto dereferencia

Configuração do Robot

Esquema Funcional

Imagem dacâmara da Esquerda

Imagem dacâmara daDireita

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

Ordem develocidade

Ordem dedirecção

Sensoresdos pinos

Sensor dapassadeira

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

Comunicação entreCPU e PIC viaRS232

PIC 16F876

.É um microcontrolador – trata-se de um controlador lógico programável de tamanho muito reduzido.

.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.

Será responsável pelo controlo de baixo nível, o que permitirá simplificar o algoritmo principal de navegação

• O que é?

.Pode ser comparado a um computador em ponto pequeno

• Para que serve?

• Função no Atlas

Aplicação do PIC no Robot

PWM

PWMSentido de Rotação

tensão correspondente à direcção

Controlo malha fechada do motor passo a passoControlo em malha fechada para o motor DC

Algoritmo de Navegação – estudo em curso

• Uma imagem pode ser interpretada como uma matriz (normalmente tridimensional) em que cada elemento desta tem um valor associado à cor de cada pixel.

• Binarizar a imagem é converter aqueles valores, inicialmente numa escala de 256 níveis de cor, em apenas dois níveis, 0 e 1 ou preto e branco.

• Esta técnica permite separar os elementos realmente importantes de uma dada imagem – no presente caso permite isolar as linhas da pista de tudo o resto.

Algoritmo de Navegação – duas abordagens

• Procura pixel branco numa linha predefinida

• Calcula distância do pixel branco ao eixo longitudinal do robot (previamente relacionada com o CCD da câmara)

• Corrige trajectória de forma a manter uma distância específica que corresponde ao robot no centro da pista

• Procura pixel branco em várias linhas predefinidas

• Calcula ângulos de inclinação entre os pontos encontrados (executa a média das inclinações)

• Corrige trajectória para um ângulo igual ao calculado (tendo em conta o desfasamento existente)

Algoritmos de Navegação – Comparação

• Sistema reactivo – o alcance do sistema de visão é limitado

• Dado o carácter imediato da análise, será necessário um maior número de ciclos por segundo para uma mesma velocidade

• Um sistema predictivo será potencialmente mais eficaz e logo poderá comportar velocidades mais elevadas.

• Sistema “semi” predictivo – o algoritmo tenta avaliar o trajecto da pista. Existência de planeamento.

Problemática da Robótica Autónoma e Móvel• Necessidade de decidir em tempo real.

• Em visão, uma decisão bem fundamentada exige muito tempo de processamento.

• Várias operações relacionadas com tratamento de imagem não poderão ser utilizadas devido à sua morosidade.

• Poderá ser necessário optimizar o algoritmo concebido.

Existem situações que deverão ser de difícil interpretação para o algoritmo de navegação tais como bifurcações da pista.

Calendarização de tarefas

Agradecimentos

• Prof. Dr. Vítor Santos• Prof. Dr. José Paulo Santos• Eng. António Festas• Eng. André Quintã• Eng. Camilo Christo• A todos os nossos colegas, em

especial aos nossos antecessores José Luis Silva e José Miguel Gomes

FIM