Author(s): Coutinho, César Valentino Ribeiro
Date: 2014
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10400.21/3624
Origin: Repositório Científico do Instituto Politécnico de Lisboa
Subject(s): Robótica; Robots móveis; Condução autónoma; Visão computacional; Processamento de imagem; Fusão sensorial; Controlo difuso; Robotics; Mobiler robots; Autonomous driving; Computer vision; Image processing; Sensory fusion; Fuzzy control
Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica Ramo Automação e Electrónica Industrial
Na Robótica, o recurso à Visão Computacional sobressai como a forma mais abrangente de conhecer o ambiente onde determinado robot opera. Tanto na indústria como no sector automóvel, são diversos os exemplos onde esta tecnologia é aplicada com resultados excelentes, impulsionadores de novos desenvolvimentos nesta área. Nesse sentido, este trabalho pretende apresentar uma nova abordagem aos sistemas de controlo dos robots móveis diferenciais. Centrando-se numa fusão sensorial entre Visão e Ultrasons, implementa um sistema de controlo que privilegia a simplicidade e baixo custo, sem contudo descurar a eficácia necessária para que este tipo de sistemas possa ser considerado funcional, confiável e aplicável na prática. Recorrendo apenas a vulgares webcams e sensores de ultrasons, desenvolveu-se um sistema de condução autónoma capaz de orientar um robot móvel diferencial através de um percurso semelhante a uma faixa de rodagem real, respeitando a sinalização existente e evitando os obstáculos que lhe vão surgindo. Este sistema, sustentado num algoritmo baseado em métodos de tratamento e realce de imagens como o Método de Otsu [80] e de extração de características como o método de seguimento de contornos proposto por Satoshi Suzuki e Keiichi Abe [99], identifica em cada instante o desvio face ao centro da trajetória a seguir e determina, através de um controlador Fuzzy [84], a forma de controlar a velocidade das rodas do robot para que este regresse à orientação pretendida. Em simultâneo com esta tarefa fundamental, uma análise particular de pontos-chave da imagem, coadjuvada com a informação proveniente dos sensores de ultrasons, analisa continuamente o espaço envolvente e avalia a existência de sinalização ou obstáculos que tenham que ser levados em conta para a movimentação do robot.
Abstract: In Robotics, the appeal to Computational Vision emerges as the most comprehensive way of knowing the environment where a certain robot operates. Both in industry and in the automotive sector, there are several examples where this technology is applied with excellent results, mentors for new developments in this area. Accordingly to that, this study aims to present a new approach to control a mobile differential robot. By focusing on a sensory fusion between Vision and Ultrasound, implements a control system which emphasizes simplicity and low cost, without neglecting the effectiveness required for this type of systems be considered functional, reliable and applicable in practice. Using only common webcams and ultrasonic sensors, was developed an autonomous driving system capable of guiding a mobile differential robot through a path similar to a roadway, while respecting the existing signaling and avoiding the obstacles that may emerge. This system, sustained on an algorithm based on image treatment and enhancement methods such as Otsu [80] and extraction of characteristics such as the contours follow-up algorithm proposed by Satoshi Suzuki and Keiichi Abe [99], identifies in each instant the deviation toward the center of the trajectory to follow and determines, through a Fuzzy controller [84], the way to control the robot wheels speed to return to the desired orientation. In parallel with this fundamental task, a particular analysis of image key points, associated with the informationcoming from the ultrasonic sensors, continuously analyzes the surrounding environment and assesses the existence of signaling or obstacles that have to be taken into account for the movement of the robot.
