CAD para conduzir robôs manipuladores

No “Institute of Robotics and Intelligent Systems” é usando modelos de CAD na abordagem baseada do controlo visual para visualmente conduzir a manipulação robótica em escalas micro e macro, além disso estão a trabalhar em métodos robustos para registar modelos CAD com formas complexas e com arestas do modelo espaçadas.
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A principal área de aplicação do sistema de rastreamento visual é o nível das bolachas e na produção de micro conjuntos. Utilizando duas câmaras com lentes de um microscópio, o sistema é capaz de fornecer seis graus de liberdade, posição e orientação com retorno em tempo real com uma frequência de 30 Hz. Existem várias vantagens para o uso de modelos CAD como uma forma padrão de entrada para um sistema de automação flexível. Em geral o modelo CAD de um componente MEMS-“microelectromechanical systems” está prontamente disponível a partir de sua fase de projecto. Mais importantes ainda os modelos de CAD 3D fornecem informações sobre a geometria dos componentes para que sua aparência pode ser visualizada através de qualquer ponto de vista, enquanto incluindo o efeito de obturação, isto é essencial para um sistema de rastreamento visual que pode lidar com translações e rotações sobre um eixo arbitrário. Além destes, utilizando as faces ou contornos dos objectos como recursos visuais a serem observados, o modelo de CAD evita a necessidade de marcas fudiciais ou outros traços distintivos por estarem presentes no objecto.
cad_02 Esta imagem acima mostra a configuração do acompanhamento visual, com dois microscópios. A cúpula refle a luz de fundo e proporciona uma iluminação difusa, um manipulador de 3 eixos carrega os componentes para uma plataforma transparente. As lentes com zoom providenciam com uma ampliação variável de 0,75-3.0X com alta profundidade de campo de 500 mm a 3X.
No vídeo mostra um componente MEMS sendo movido com uma estaca metálica sob o efeito de forças electrostáticas. Um modelo CAD wire-frame é sobreposto sobre o objecto. Clique nesta hiperligação para ver o vídeo.
Para melhorar a resolução visual com do modelo baseado em aproximação sendo contrário dos métodos de visão estéreo, o modelo de abordagem multi-câmara baseada não exige as mesmas características para ser visível em diferentes câmaras. Portanto a visão de pontos das câmaras pode ser amplamente separados sem se preocupar com características de ser fechada ou fora da visão em imagens de outras câmaras. A figura abaixo mostra os elipsóides resolutividade visual de um microscópio simples e por dois microscópios observando a mesma cena.
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No caso do microscópio único elipsóide degenerou numa elipse perpendicular ao eixo de visão do microscópio, mostrando que o movimento do objecto ao longo do eixo de vista não é observável. Isto é devido ao fato de que a óptico do microscópio se aproximam de um sistema de projecção ortográfica escalado ao invés de projecção em perspectiva. Profundidade de métodos de focagem foram usadas para superar esta limitação da óptica do microscópio, mas estes métodos requerem hardware especializado a ser aplicado em tempo real. No entanto, o elipsóide de resolutividade dos dois mostra o caso do microscópio que 6 DOF movimento pode ser observado com essa configuração.

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O efeito da separação das câmaras na resolução do sistema visual pode ser observado na animação abaixo. Uma câmara faz uma rotação sobre o eixo z, enquanto a outra mantem fixa. Note-se que o elipsóide rapidamente degenera numa elipse perpendicular aos eixos vista que as câmaras se aproximam. A relação entre o maior e o menor valores singulares da matriz Jacobiana da imagem também é mostrada, para melhorar a robustez do rastreamento.
Uma das principais fontes de erros de detecção de recurso no rastreamento do modelo baseado no visual é o objecto de configurações ambígua com bordas espaçadas. Durante a manipulação robótica, é difícil evitar a configuração da cena em que fechar outras arestas paralelas em torno de uma borda e causar erros de registo. Embora o sistema de visão utiliza modelos CAD para descrever a geometria de objectos individuais, as informações do modelo disponível pode também ser usado para detectar tais configurações “perturbadoras” e reduzir seus efeitos.
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Um método de espaço de imagem potencial foi desenvolvido para esta finalidade, sendo um campo potencial aplicada nas bordas visíveis de tal forma que o valor do campo diminui linearmente longe das bordas e é constante ao longo da tangente. Quando o potencial é aplicado em todas as arestas visíveis na cena enquanto a superposição de campos sobrepostos o mapa do campo resultante codifica a distância de todos os pontos da imagem para o potencial "confusers". Ao utilizar essas informações como um factor de peso durante a detecção de bordas, o registo correto é realizado, sendo o método é aplicado em tempo real a 30 Hz.
Este vídeo mostra uma escala macro 75x25 mm, com um padrão próprio de calibração de câmara, sendo que este se aproximou de outro objecto idêntico. Sem o registo, o potencial do modelo é distorcida por falsas correspondências nas extremidades perto e o registo correto é feito usando o método do potencial, clique na hiperligação para ver o vídeo.
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