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TCC I - VISO COMPUTACIONAL APLICADA EM UM BRAO ROBTICO ANTROPOMRFICO DIDTICO - DJEILY TAMARA BECKER - FAG - FACULDADE ASSIS GURGACZ

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  • 1. FACULDADE ASSIS GURGAGZ DJEILY TAMARA BECKER VISO COMPUTACIONAL APLICADA EM UM BRAO ROBTICO ANTROPOMRFICO DIDTICO CASCAVEL 2013

2. 2 FACULDADE ASSIS GURGACZ DJEILY TAMARA BECKER VISO COMPUTACIONAL APLICADA EM UM BRAO ROBTICO ANTROPOMRFICO DIDTICO Projeto de pesquisa apresentado ao curso de graduao em Engenharia de Controle e Automao da Faculdade Assis Gurgacz para elaborao do Trabalho de Concluso de Curso. Orientador: Prof. Esp.Arthur Schuler da Igreja Co-orientador: Maikon Lucian Lenz CASCAVEL 2013 3. 3 SUMRIO 1 TTULO ............................................................................................................4 1.1 TEMA ...............................................................................................................4 1.2 DELIMITAO DO TEMA ................................................................................4 2 PROBLEMA.....................................................................................................5 3 JUSTIFICATIVA...............................................................................................7 4 OBJETIVOS DA PESQUISA .........................................................................16 4.1 OBJETIVO GERAL.........................................................................................16 4.2 OBJETIVOS ESPECFICOS ..........................................................................16 5 FUNDAMENTAO TERICA.....................................................................17 5.1 AQUISIO DE IMAGENS ............................................................................17 5.2 PROCESSAMENTO DE IMAGENS DIGITAIS ...............................................17 5.3 VISO COMPUTACIONAL ............................................................................18 5.4 AMOSTRAGEM E QUANTIZAO................................................................18 5.5 VIZINHOS DE UM PIXEL ...............................................................................19 5.6 CONECTIVIDADE..........................................................................................19 5.7 CALIBRAO ................................................................................................20 5.8 HISTOGRAMA ...............................................................................................21 5.9 MODELOS DE CORES ..................................................................................21 5.9.1 O Modelo RGB...............................................................................................21 5.9.2 O Modelo YIQ.................................................................................................22 5.9.3 O Modelo HSI.................................................................................................22 5.10 LIMIARIZAO..............................................................................................23 5.11 ILUMINAO.................................................................................................24 5.12 COMPONENTES DE UM ROB INDUSTRIAL..............................................25 5.13 CLASSIFICAO GEOMTRICA DE ROBS INDUSTRIAIS.......................25 5.14 CINEMTICA DE UM BRAO ROBTICO....................................................26 5.14.1 Cinemtica Direta...........................................................................................28 5.14.2 Cinemtica Inversa.........................................................................................29 6 METODOLOGIA ............................................................................................30 6.1 MATERIAIS....................................................................................................30 6.2 MTODOS .....................................................................................................30 7 CRONOGRAMA ............................................................................................34 8 REFERNCIAS..............................................................................................35 4. 4 1 TTULO Viso Computacional Aplicada em um Brao Robtico Antropomrfico Didtico. 1.1 TEMA Fazer o reconhecimento de objetos baseado em um sistema de viso computacional que ser responsvel por referenciar o controle de trajetria de um brao robtico didtico. 1.2 DELIMITAO DO TEMA Desenvolver um sistema capaz de capturar as imagens de uma cena em um ambiente estruturado e process-las em tempo real de maneira que seja possvel extrair as informaes pertinentes ao objeto a ser reconhecido do restante da imagem. Baseado nessas informaes fazer a integrao com o controle de trajetria do manipulador robtico antropomrfico. 5. 5 2 PROBLEMA Os sistemas de viso computacional esto aos poucos conquistando seu espao em ambientes industriais [1]. O conceito de um sistema artificial de viso possibilitar a execuo das mesmas tarefas exercidas pelo olho humano certamente um grande avano tecnolgico. Uma definio apropriada para a tcnica de viso computacional, que pode ser classificada como a ao de um determinado atuador em funo de imagens coletadas em tempo real e devidamente processadas. A implantao desse tipo de sistema requer estudo e aplicao de tcnicas que abrangem desde a estrutura do local, principalmente no que se refere iluminao, aquisio e processamento de imagens, at o controle do atuador. Mesmo com os avanos da viso computacional e com uma gama maior de produtos industrializados comum ver pessoas realizando inspees em linhas de produo principalmente em indstrias de pequeno e mdio porte [1]. A inspeo pode ter como objetivo aspectos diversos tais como: padro de cores, tamanhos, integridade dos objetos e muitas outros que depender do tipo do produto inspecionado. Quando realizada por humanos, a anlise pode ser feita de forma no estruturada. O olho humano tem alta capacidade de adaptao ao meio, reagindo rapidamente s variaes do ambiente, porm, aes humanas possuem limitaes fsicas e psicolgicas, como por exemplo, fadiga e falta de ateno, alm dos riscos elevados que alguns processos podem causar s vidas humanas. Por outro lado, sistemas de viso artificial avaliam mltiplas caractersticas em alta velocidade e podem ser inseridos em ambientes de risco. Geralmente estes necessitam de um ambiente com condies controladas, como: iluminao conhecida, campo de viso, ngulos de cmera e objetos de interesse do segmento. O processo de inspeo geralmente repetitivo e muitas vezes com produtos complexos de serem analisados. Sendo assim, fazer a inspeo de forma inadequada, ou at mesmo deixar de averiguar alguns itens da linha so falhas gravssimas no que diz respeito produo [2]. Segundo [2], a inspeo humana mostra taxas de efetividade entre 80% e 90% e declinando rapidamente apenas meia hora aps o incio da jornada de trabalho. Estes dados so apenas para verificao de um nico tipo de defeito. 6. 6 Fonte: [1] Figura 1 - Processo de Inspeo no automatizada. Outro grande desafio enfrentado em ambientes industriais a quantidade de sensores utilizados para um nico processo. No caso de aplicaes de manuseio de materiais, a pea transportada deve ser apresentada a um rob com uma posio e orientao conhecida pelo mesmo, dentro da clula de trabalho [3]. O uso de vrios sensores para o posicionamento correto do produto acaba gerando uma quantidade elevada de variveis a serem analisadas. Pela dinmica econmica atual cada vez mais reduzido o ciclo de alterao dos produtos industrializados, demandando linhas de produo capazes de serem re-configuradas com agilidade. Nesse contexto o uso de sistemas de viso computacional ganham ainda mais fora. 7. 7 3 JUSTIFICATIVA As aplicaes que envolvem o uso de processamento de imagens esto presentes em vrios cenrios, como: ambientes industriais, sistemas de segurana para transporte e tecnologia mdica. Em ambientes industriais os sistemas de viso de mquina podem ser empregados em controle de qualidade de praticamente todos os setores, desde monitores de computador at as superfcies de componentes de transmisso para placas de circuito impresso para celulares [4]. Fonte: [4], traduzida pelo autor. Figura 2 - Principais aplicaes em viso computacional. Em pases como a Alemanha os investimentos e avanos no ramo da viso computacional, mostram-se maiores que pases do continente americano. A Figura 3 ilustra estatsticas de 2001 a 2011 sobre o volume de negcios em viso de mquina na Alemanha. 8. 8 Fonte: [5], traduzida pelo autor. Figura 3 - Volume de negcios em viso computacional na Alemanha ( Domstico + Exportaes). A Figura 3 representa o volume de negcios de mais de trs mil empresas em 70 segmentos industriais de sistemas de viso computacional domstico e exportaes. A taxa de retorno de investimento de 2001 a 2011 representada pela sigla CAGR (Compound Annual Growth Rate Taxa Composta Anual de Crescimento) foi de 8,5%. Dados estes levantados da entidade empresarial alem VDMA (Verband Deutscher Maschine und Anlagenbeu Federao Alem de Engenharia). O Grfico 4 mostra um crescimento do volume de negcios moderado de 2011 para 2012 se comparado aos outros anos. 9. 9 Fonte: [5], traduzida pelo autor. Figura 4 Crescimento moderado no volume de negcios em viso computacional na Alemanha em 2012 (domstico + exportaes). possvel notar que no ano de 2009 houve uma queda considervel do volume de negcios, voltando a estabilizar no ano seguinte. Essa baixa se deve crise mundial enfrentada nesse perodo. Segundo [6], o estudo de mercado mostra claramente que a indstria europeia de viso de mquina tem visto uma recuperao muito forte aps o ano de crise de 2009. O volume de negcios do setor europeu de viso de mquina cresceu 35% em 2010. Uma comparao relacionando o crescimento no volume de negcios em viso de mquina entre todos os continentes ilustrada na Figura 5. 10. 10 Fonte: [5], traduzida pelo autor. Figura 5 Comparao do crescimento em volume de negcios de viso de mquina entre os continentes. Os continentes Americano e Asitico em 2011