A. Fernando Ribeiro
ARTIGO TÉCNICO
Grupo de Automação e Robótica, Departamento de Electrónica Industrial, Universidade do Minho, Campus de Azurém, 4800 Guimarães, Portugal fernando.ribeiro@dei.uminho.pt
VIRTUAL SENSORS FOR AUTONOMOUS MOBILE ROBOTS THROUGH THE USE OF IMAGE PROCESSING TOOLS RESUMO Nos dias que correm existem muitas competições de robótica móvel dos mais variados tipos. Na maior parte dos casos, as equipas que participam utilizam as mesmas plataformas móveis para participar em diferentes competições precisando apenas de acrescentar/ alterar alguns sensores, apesar de o tempo normalmente disponivel ser relativamente curto. A sua implementação pode ser algo demorado e mais complexo do que se previa, para além de necessitar de algum tempo para debugging. Este artigo descreve um conjunto de ferramentas de processamento de imagem para criar sensores virtuais através de visão por computador. Utilizando apenas uma simples camara e aplicando algumas destas ferramentas, estes sensores virtuais podem ser facilmente criados através de uma linha de instrução escrita num ficheiro de configuração, não sendo mesmo necessário a recompilação do código. Estes sensores virtuais são extremamente flexiveis e os seus parâmetros são facilmente editáveis. São aqui descritas estas ferramentas, a estrutura de dados de cada sensor, assim como alguns exemplos. Estas ferramentas foram já testadas com sucesso.
ABSTRACT Many mobile robotics competitions exist nowadays. In most cases many teams use a unique mobile platform to participate in different competitions being only necessary to adapt different sensors, although this has to be carried out in a very short period of time. Its implementation through electronics can take some time and some debug, which is not always easy and can take some precious time. This paper describes a new set of image processing tools for creating virtual sensors through the use of computer vision. By using a single camera with these tools, these virtual sensors can be easily created through a line of code written in a configuration file, avoiding even the need for computer program recompilation. These virtual sensors are very flexible and the parameters are easily and quickly edited. This paper describes these tools, the data structure that each sensor uses, and describes some examples. KEY WORDS: Digital Image Processing, software tools, autonomous mobile robotics, virtual sensors
1. INTRODUÇÃO Há cada vez mais competições de robótica móvel, não apenas para demonstrações lúdicas, mas também para fomentar a investigação científica com um desafio único onde se podem comparar diferentes soluções para o mesmo problema, ou ainda para motivar o estudo em alunos com um problema prático de engenharia. O resultado dessa investigação científica pode e é normalmente aplicado na indústria. Exemplos de competições são vários tais como o RoboCup, Eurobot, Festival Nacional de Robótica, Micro-rato, etc. Na maior parte destas competições, apesar de o objectivo ser distinto e das regras serem completamente diferente, os robôs usados funcionam segundo um mesmo princípio. Quanto maiores forem os requisitos de um robô e a sua flexibilidade, maior será o número de sensores necessários para que ele execute a sua tarefa com a melhor performance possivel. A autonomia é também um dos maiores problemas nos robôs móveis. Para isso são precisos vários sensores para a percepção dos mais variados tipos de informação. Algumas das equipas de robótica, de modo a optimizar o tempo de execução de projectos, utilizam a mesma plataforma móvel para diferentes competições, substituindo apenas alguns sensores e corrigindo o software de controlo e estratégia, para além de acrescentar drivers para os novos sensores. Esta
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tarefa implica sempre dispendio de algum tempo na criação de hardware e debug, o que por vezes se torna mais extenso do que o desejado. Para simplificar a fusão sensorial e reduzir a aplicação de um grande número de sensores, pode por vezes utilizar-se uma (ou mais) câmaras. A partir de uma imagem adquirida é depois necessário retirar toda a informação necessária, e que substitui os sensores tradicionais. A pensar nestes problemas, foi desenvolvido um conjunto de ferramentas de processamento de imagem capazes de criar sensores virtuais através de visão por computador. Estas ferramentas são standard, parametrizáveis através de um ficheiro de texto extremamente simples, e não necessitam de recompilação de software. Com a utilização destas ferramentas, reduz-se o tempo de criação de hardware, permite acrescentar novos sensores completamente parametrizaveis ao robô num curto espaço de tempo, permitindo concentrar mais o tempo nas áreas de investigação realmente desejáveis.
2. SENSORES TRADICIONAIS A participação em várias provas de robótica móvel, permitiram adquirir experiência em vários campos, como a utilização de vários sensores e sua fusão sensorial. Dar autonomia a um robô é uma tarefa que exige uma elevada capacidade sensorial e computacional.