Análise Comparativa Do Controle Servo Visual Baseado Em Imagem E Baseado Em Posicao Em Manipuladores Roboticos

ANÁLISE COMPARATIVA DO CONTROLE SERVO VISUAL BASEADO EM IMAGEM E BASEADO EM POSICAO EM MANIPULADORES ROBOTICOS

Resumo. O estudo dos sistemas de controle baseado em informação visual tem sido, nos últimos anos, de muito interesse na área de controle de manipuladores robóticos e, na atualidade conhecem-se numerosos relatos provando seu desempenho satisfatório em várias aplicações. Existem duasaproximações principais: o controle baseado em imagem e o controle baseado em posição. Neste artigo apresenta-se a implementação destas duas metodologias aplicadas a um manipulador robótico de 6 graus de liberdade. Com o objetivo de fazer uma analise comparativa entre estas duas técnicas forem implementados diferentes algoritmos tanto de analise de imagens, baseados em geometria de objetos planose casamento robusto de pontos, assim como técnicas de cinemática e controle em malha fechada de manipuladores robóticos. Posteriormente os resultados foram analisados mediante simulações que demonstraram o desempenho satisfatório destas duas técnicas y provaram sua robustez frente a perturbações e erros no modelamento do sistema. A partir dos resultados obtidos foi possível determinar de formageral quais as condições que favorecem o desempenho de cada uma das metodologias de controle servo visual estudadas.

Palavras Chave: Controle Servo-Visual baseado em Imagem, Controle Servo-Visual baseado em Posição, Manipulador Robótico, Homografia.

INTRODUÇÃO

O uso de sensores visuais no controle de manipuladores robóticos tem sido de amplo interesse dentro da comunidade cientifica emvirtude da sua grande riqueza de informação, sua natureza não invasiva e a sua capacidade de integração nos sistemas robóticos. Os primeiros relatórios deste tipo de aplicações datam dos anos 1960 (McCarthy, et al., 1968), mas não foi antes da década dos anos 1990 que a técnica apresentou seus maiores avanços, principalmente pelo desenvolvimento paralelo de tecnologias nas áreas de processamento deimagens assim como da microeletrônica, o que permitiu o surgimento de sistemas de aquisição e análise de imagens mais robustos e eficientes.
Atualmente, o uso da informação visual proveniente de uma câmera para o controle do movimento de um manipulador robótico em forma de malha fechada, é conhecido como Controle Servo Visual (“Visual Servoing”) (Malis, et al., 1998). Dependendo da definição davariável de controle, o visual servoing pode-se classificar em controle servo visual baseado em imagem IBVS, controle servo visual baseado em posição PBVS e controle servo visual híbrido. Neste artigo são estudados os dois primeiros tipos de controle (IBVS e PBVS) cuja diferença está no espaço no qual esta definida a função de erro do sistema do controle, no primeiro caso, o erro é definidodiretamente no espaço bidimensional de características da imagem, é por esse motivo que este tipo de controle também e chamado de controle visual 2D; já no segundo caso, o erro é definido no espaço operacional do manipulador, o espaço cartesiano, este controle é conhecido também como controle visual 3D.
Devido às abordagens de controle visual estarem baseadas diretamente em informações medidas ouinferidas das imagens das cenas sob estudo, é preciso uma etapa de processamento e analise de imagens o qual garanta o fornecimento de dados confiáveis a partir dos quais seja possível levar a cabo o controle. Estas etapas envolvem, geralmente, o rastreamento de características da imagem em varias vistas e a determinação da pose da câmera relativa a um referencial fixo e conhecido. Neste artigoapresenta-se uma metodologia de rastreamento de características baseado num método robusto de matching entre imagens e apresenta-se também uma técnica de recuperação da pose da câmera baseado na relação de homografia existente entre cenas de objetos planos. Com a etapa de processamento de imagens já estabelecida desenvolveu-se um sistema de controle proporcional do erro nos dos tipos de controle...