Robotnačka a Computer Vision

Robotika a spracovanie obrazu pre stredné školy

Pavel Petrovič, KAI FMFI UK Bratislava

Automatizácia a robotika

Nároky na pedagóga, študenta a technické vybavenie

• Robustnosť

• Interaktívnosť

• Zrozumiteľnosť a názornosť

• Modularita, skladanie z komponentov

• Overené paradigmy

• Široká skupina používateľov

• Príklad: LEGO Robolab

Šírka možností

• PC vs. vyučovacia hodina• Technologický pokrok• Nové formy vhodnejších učebných pomôcok • Cieľ: skvalitnenie vyučovacieho procesu• Cesta: úzka spolupráca technikov,

pedagógov, didaktikov• Čo nás neminie: zdĺhavý iteračný a tvorivý

proces • Chceme sa ho zúčastniť!

Robotnačka

Robotnačka – technické parametre

• 2 krokové motory MICROCON SL17• Pero zdvíha solenoid a trvalý magnet• 6V olovený bezúdržbový akumulátor s kap. 3.3Ah• Polomer kolies: 25 mm• Rozvor kolies: 180mm• Výška: 70mm• Priemer vozíka: 210mm• Váha vozíka: ca. 2kg• Počet krokov na otočenie o 180 stupňov: 2880 (=360 * 80)• Radič: 8bit mikropočítač AT89S8252• Komunikácia s PC cez infrarečervený modul mac

SFH5110, HDSL4400 IR LED – priama viditeľnosť v rozsahu 2m

• Bluetooth modul Infineon – dosah 10m

Robotnačka – vlastnosti

• Kreslenie perom na papier alebo fixkou na zotierateľnej bielej tabuli

• Riadenie z ľubovoľného vyššieho programovacieho jazyka na vysokej úrovni (DLL) Delphi, C++, Java, Imagine Logo

• Polohové príkazy: otáčanie na mieste, posuvný pohyb po priamke

• Rýchlostné príkazy: ľubovoľná rýchlosť oboch motorov riadenie joystickom (volantom), resp. kreslenie kružníc

• Kombinované príkazy (rýchlostno-polohové)• Aproximácia kriviek (ostáva ako otvorený projekt)• 6 senzorov snímajúcich okraj alebo farebné ohraničenie

plochy• Automatické dobíjanie na dobíjacej stanici (nájde za pomoci

kamery po poklese napätia pod kritickú hodnotu)• Open-source vývoj softvéru, modifikovateľnosť• Použiteľnosť v sieťovom prostredí (TPC/IP)

Robotnačka – príklad použitia v Imagine

• new "oleobject [comname Robot.RobotCtrl.1 name r]

• r'connect "com4 0• r'alwayswait "on• r'pd• repeat 10 [r'fd 1000 r'rt 108]• r'pu

• r'ltspeed 10 40 180 = r1 + r2 r2 = 4*r1 -- 180 = 5*r1 r1 = 36, r2 = 4*36 = 144 r = (r2 - r1)/2 = (144-36)/2 = 54

Podmienené príkazy, senzory

• podmienka x, o, a: ((s XOR x) AND o >= 0) OR ((s XOR x) AND a == a)

• Splnená, keď robot schádza zo stola, alebo ohraničenej plochy:

x = 0, o = 63, a = 0

• Splnená, keď oba bitové senzory pred kolieskami, t.j. 4. a 6. bit vojdu na biely papier, alebo keď 2. Alebo 5. bit vojdu na čierny papier:

x = 101000 = 40 o = 010010 = 18 a = 101000 = 40 r'condition 40 18 40 r'fd 2000

Zoznam príkazov komponentu Robot

fd, bk, lt, rt,

fdspeed, bkspeed, rtspeed, ltspeed,

fdx, bkx, ltx, rtx,

pu, pd,

pos

condition, satisfied,

drawcalib,

isalive, getsensors, getvoltage, getactivity, isdone,

connect, setcomparam, getversion, getnum

server, getport, message, messages, password, exclusive, kickout, username, userfile, adduser, deluser, listusers, portnumber,

wait, alwayswait

Robotnačka a kamera

• Samostatne využiteľný komponent Cv4Logo

• Sada funkcií volateľných z ľubovoľného vyššieho

programovacieho

jazyka

Cv4Logo• Vstup z obrázkových súborov, USB kamery,

sieťovej kamery, AVI súboru, súboru umiestneného na WWW

• Kalibrácia kamery, zameranie obrazu• Detekcia tváre (alebo iných vzorov)• Detekcia polygónov• Lokalizácia robota (pohybujúceho sa objektu) • Jednoduchý vstup z myši• Objektový komponent viacero okien naraz• Prenos obrazu po TPC/IP sieti

Záver a námety na projekty

• Využitie vo výuke: matematika – alternatívna konštrukčná

geometria, slovné úlohy s názornou ukážkou fyzika – mechanika, dynamika, simulácia

javov v reálnom svete informatika – algoritmizácia

• Portabilita s Linuxom• Rozšírenie funkcií Cv4Logo• Implementovanie v rámci virtuálneho

laboratória (grant KEGA – Andrej Lúčny)

Poďakovanie

• Microstep-MIS

• Peter Tomcsanyi a autori Imagine

• Dušan Ďurina a robotická komunita

www.robotika.sk

• Andrej Lúčny a FMFI UK

• Intel a vývojári OpenCV