Projekty
BallCollector
Autonomiczny robot operujacy w przestrzeni hali sportowej
![](https://bionik.ia.pw.edu.pl/images/projects/ball_collector/rura_odkurzacz_pojemnik.jpg)
Robot i jego system sterowania
System do zbierania piłeczek, opisany w artykule, został stworzony na bazie Modułowego Robota Mobilngo Elektron [1]. Aplikacja ta została stworzona na bazie wcześniejszych rozwiązań dotyczących zaawansowanych algorytmów nawigacji robota mobilnego [2], a jej najistotniejsza część, czyli podsystem wizyjny, zostanie opisana w dalszej części artykułu.
Algorytm działania robota został opisany za pomocą automatu przedstawionego na rysunku 1a. Po uruchomieniu robota koordynator przekazuje sterowanie do zadania eksploracji. Zadanie eksploracji otoczenia jest realizowane dopóki w wyniku eksploracji jakaś piłka nie znajdzie się w polu widzenia robota lub robot ulegnie zakleszczeniu. Zadania eksploracji oraz zbierania piłki mogą być przerwane w dowolnym momencie, jeśli koordynator uzna, że robot uległ zakleszczeniu. Następuje wówczas przekazanie sterowania do zadania obsługi zakleszczenia. Zadanie obsługi zakleszczenia nie może zostać przerwane. Koordynator czeka na zakończenie obsługi zakleszczenia a następnie przekazuje sterowanie do zadania eksploracji. Koordynator przekazuje sterowanie do zadania zbierania piłek w chwili gdy jakaś piłka lub wiele piłek znajdzie się w polu widzenia robota. Realizacja zadania zbierania piłek podzielona została na kilka etapów przedstawionych na rysunku 1b.
![](https://bionik.ia.pw.edu.pl/images/projects/ball_collector/automat.png)
![](https://bionik.ia.pw.edu.pl/images/projects/ball_collector/etapy.png)
Rys. 1. Automat opisujący algorytm działania robota (a) oraz etapy zbierania piłeczek (b)
Identyfikacja położenia piłek, które znajdują się w polu widzenia robota podzielona jest na 4 etapy. Przebieg tego procesu rozpoczyna się od akwizycji obrazu za pomocą sensora Microsoft Kinect. Wynikiem zaś są współrzędne piłek, które znajdują się w polu widzenia robota oraz są dostępne do zebrania. Pierwszym etapem identyfikacji położenia piłek w polu widzenia robota jest przetworzenie obrazu głębi, którego najważniejsze kroki przedstawiono na rysunku 2.
![](https://bionik.ia.pw.edu.pl/images/projects/ball_collector/filtr_krawedziowy.png)
![](https://bionik.ia.pw.edu.pl/images/projects/ball_collector/wykryte_pilki.png)
Rys. 2. Przetwarzanie obrazu głębi. (a) filtr krawędziowy na obrazie głębi (b) wykryte piłeczki
Po wyznaczeniu położeń piłeczek w przestrzeni i przekształceniu ich do globalnego układu współrzędnych możliwe jest zaplanowanie trajektorii dojazdu do wybranych piłeczek. Piłeczki umieszczane są na mapie kosztu (rys. 3), z której korzysta planer ścieżki lokalnej.
![](https://bionik.ia.pw.edu.pl/images/projects/ball_collector/mapa_kosztu.png)
Rys. 3. Piłeczka umieszczona na mapie kosztu wykorzystywanej przez system nawigacji
Eksperymenty
W celu weryfikacji działania aplikacji przeprowadzone zostało kilka eksperymentów, podczas których zostały zasymulowane różne warunki pracy oraz ułożenia piłeczek. W szczególności przetestowane zostały różne sytuacje wyjątkowe, obsługa zakleszczeń oraz przeszkadzanie w pracy robota przez osoby trzecie. We wszystkich przypadkach robot poradził sobie z zadaniem bez błędów. Jedyną wadą stworzonej aplikacji jest jej szybkość działania – robot Elektron porusza się dość powoli, więc uprzątnięcie całej sali z piłeczek zajmuje od kilkunastu do kilkudziesięciu minut.
![](https://bionik.ia.pw.edu.pl/images/projects/ball_collector/przebieg.jpg)
Rys. 4. Widok z przebiegu jednego ze scenariuszy testowych
Wnioski
Opisana aplikacja, mająca na celu stworzenie robota mogącego operować w przestrzeni hali sportowej, dowiodła zasadności projektu. Prototypowa konstrukcja, oparta o istniejącą bazę mobilną, pozwala na prowadzenie wielu badań z zakresu różnych strategii eksploracji, dojścia do piłeczki, czy chociaż testowania rozwiązań sprzętowych. Opracowane algorytmy i zdobyte doświadczenia mogą być bazą do konstrukcji robota dedykowanego do opisywanego zadania, mogącego wykonać je w czasie znacznie krótszym niż kilkanaście minut.
Bibliografia
- W. Szynkiewicz, R. Chojecki, A. Rydzewski, M. Majchrowski, P. Trojanek. Modułowy robot mobilny Elektron. Postępy Robotyki: Sterowanie, percepcja i komunikacja, wolumen 1, strony 265–274. Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa, 2006.
- M. Stefańczyk, T. Winiarski, M. Walęcki, K. Banachowicz. Nawigacja robotem Elektron z wykorzystaniem kamery 3D i lidaru. Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Elektronika, strony 265-274, 2012.
Autorzy
Kamil DrożdżałKonrad Banachowicz
Maciej Stefańczyk
Michał Walęcki
Piotr Majcher
Tomasz Ferens
Wojciech Węclewski