Implementación de un sistema de servovisión en un robot paralelo accionado por cables

En este trabajo se presenta el dise ̃no de un sistema de servovisi ́on basado en pose implementado en un robot paralelo accionado por cables de 3 grados de libertad y con 4 cables llamado Agro- CableBot, el cual fue dise ̃nado y construido por el semillero de investigaci ́on MEC-AUTRONIC de la unive...

Full description

Autores:: Leiton Murcia, Iván Camilo

Tipo de recurso:: Trabajo de grado de pregrado

Fecha de publicación:: 2022

Institución:: Universidad de Ibagué

Repositorio:: Repositorio Universidad de Ibagué

Idioma:: spa

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description	En este trabajo se presenta el dise ̃no de un sistema de servovisi ́on basado en pose implementado en un robot paralelo accionado por cables de 3 grados de libertad y con 4 cables llamado Agro- CableBot, el cual fue dise ̃nado y construido por el semillero de investigaci ́on MEC-AUTRONIC de la universidad de Ibagu ́e, para la toma de im ́agenes de cultivos de hortalizas. Se desarroll ́o un algoritmo de visi ́on por computador para la medici ́on de la posici ́on del efector final dentro del espacio de trabajo, para la realimentaci ́on del sistema, usando transformaciones geom ́etricas, detecci ́on de objetos por filtrado de color en el espacio de color HSV y relaciones entre el espacio cartesiano y el de la imagen, del cual se obtuvo una precisi ́on y exactitud menor a 1 mm para cada eje. El sistema de servovisi ́on se compone de dos controladores, uno de posici ́on del efector final y otro de velocidad angular del sistema de recolecci ́on de cable conectados en cascada por medio del modelamiento cinem ́atico inverso de primer orden del robot. Se obtuvieron buenos resultados en el posicionamiento del efector final y en el seguimiento de trayectorias, haciendo posible el uso de una interfaz gr ́afica para comandar el robot y realizar la toma de im ́agenes de las hortalizas.
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Se desarroll ́o un algoritmo de visi ́on por computador para la medici ́on de la posici ́on del efector final dentro del espacio de trabajo, para la realimentaci ́on del sistema, usando transformaciones geom ́etricas, detecci ́on de objetos por filtrado de color en el espacio de color HSV y relaciones entre el espacio cartesiano y el de la imagen, del cual se obtuvo una precisi ́on y exactitud menor a 1 mm para cada eje. El sistema de servovisi ́on se compone de dos controladores, uno de posici ́on del efector final y otro de velocidad angular del sistema de recolecci ́on de cable conectados en cascada por medio del modelamiento cinem ́atico inverso de primer orden del robot. Se obtuvieron buenos resultados en el posicionamiento del efector final y en el seguimiento de trayectorias, haciendo posible el uso de una interfaz gr ́afica para comandar el robot y realizar la toma de im ́agenes de las hortalizas.This work presents the design of a pose-based visual servoing system implemented in a 3-degree-of-freedom cable-driven parallel robot with 4 cables called AgroCableBot, which was designed andbuilt by the research group of the University of Ibagu ́e MEC-AUTRONIC, for the imaging of vegetable crops. A computer vision algorithm was developed to measure the position of the end effector within the workspace, for the feedback of the system, using geometric transformations,object detection by color filtering in the HSV color space and relations between the Cartesianspace and the image space, from which a precision and accuracy of less than 1 mm was obtainedfor each axis. The visual servoing system is composed of two controllers, one for the end-effectorposition and the other for the angular velocity of the cable collection system. Both are conected incascaded mode by means of first-order inverse kinematic modeling of the robot. Good results wereobtained in end-effector positioning and trajectory tracking, making possible the use of a graphicaluser interface to command the robot and perform vegetable imaging.PregradoIngeniero Electrónico1. Introducción.....1 1.1. Motivaci ́on y antecedentes.....1 1.1.1. Motivaci ́on.....1 1.1.2. Antecedentes.....1 1.2. Objetivos.....2 1.2.1. Objetivo general.....2 1.2.2. Objetivos espec ́ıficos.....2 1.3. Estructura del documento.....2 2. Estado del arte.....4 2.1. Servovisi ́on.....4 2.2. Servovisi ́on aplicada a rob ́otica con cables.....5 2.3. Otros sistemas de servovisi ́on.....7 2.4. Procesamiento de im ́agenes.....9 3. Dise ̃no del sistema de servovisi ́on.....11 3.1. Control.....11 3.2. Modelamiento cinem ́atico inverso.....14 3.3. Calibraci ́on del espacio de trabajo con la imagen.....15 3.3.1. Detecci ́on.....16 3.3.2. Ubicaci ́on.....17 3.3.3. Transformaci ́on Geom ́etrica.....17 3.4. Medici ́on de la posici ́on del Efector Final.....18 4. Pruebas y resultados experimentales.....21 4.1. Calibraci ́on del espacio de trabajo y detecci ́on del EF.....25 4.2. Medici ́on de la posici ́on del EF.....26 4.3. Sistema de servovisi ́on.....27 4.3.1. Respuesta ante la funci ́on paso.....27 4.3.2. Respuesta ante la funci ́on rampa.....35 4.3.3. Desempe ̃no del robot en otras trayectorias.....37 4.3.4. Toma de im ́agenes de semilleros.....38 5. Conclusiones y trabajos futuros.....39 5.1. Conclusiones.....39 5.2. Trabajos futuros.....39 Bibliografía.....4253 páginasapplication/pdfLeiton Murcia, I. C.(2022).Implementación de un sistema de servovisión en un robot paralelo accionado por cables. [Trabajo de grado, Universidad de Ibagué]. https://hdl.handle.net/20.500.12313/4893https://hdl.handle.net/20.500.12313/4893spaUniversidad de IbaguéIngenieríaIbaguéIngeniería Electrónica[Barreto, 2009] Barreto, S. (2009). Transformaciones geom ́etricas sobre im ́agenes digitales. Con- sultado el, 15.[Bayani et al., 2016] Bayani, H., Masouleh, M. T., and Kalhor, A. (2016). An experimental study on the vision-based control and identification of planar cable-driven parallel robots. Robotics and Autonomous Systems, 75:187–202.[Chaumette et al., 2016] Chaumette, F., Hutchinson, S., and Corke, P. (2016). Visual servoing. In Springer Handbook of Robotics, pages 841–866. Springer.[Dallej et al., 2019] Dallej, T., Gouttefarde, M., Andreff, N., Herv ́e, P.-E., and Martinet, P. (2019). Modeling and vision-based control of large-dimension cable-driven parallel robots using a multiple-camera setup. Mechatronics, 61:20–36.[Dong and Zhang, 2020] Dong, J. and Zhang, J. (2020). A new image-based visual servoing method with velocity direction control. Journal of the Franklin Institute, 357(7):3993–4007.[Flandin et al., 2000] Flandin, G., Chaumette, F., and Marchand, E. (2000). Eye-in-hand/eye- to-hand cooperation for visual servoing. In Proceedings 2000 ICRA. Millennium Conference. IEEE International Conference on Robotics and Automation. Symposia Proceedings (Cat. No. 00CH37065), volume 3, pages 2741–2746. IEEE.[Garc ́ıa-Vanegas et al., 2019] Garc ́ıa-Vanegas, A., Liberato-Tafur, B., Forero, M. G., Gonz ́alez- Rodr ́ıguez, A., and Castillo-Garc ́ıa, F. (2019). Automatic vision based calibration system for planar cable-driven parallel robots. In Iberian Conference on Pattern Recognition and Image Analysis, pages 600–609. Springer.[Gil et al., 2004] Gil, P., Torres, F., and Ortiz Zamora, F. G. (2004). Detecci ́on de objetos por segmentaci ́on multinivel combinada de espacios de color. RUA.[ISO, 1994] ISO (1994). ISO 5725-1: 1994: accuracy (trueness and precision) of measurement methods and results-part 1: general principles and definitions. International Organization for Standardization.[Liberato, 2019] Liberato, B. (2019). Control de un robot paralelo comandado por cables mediante visi ́on y mediciones inerciales.[Riaz et al., 2008] Riaz, M., Kang, G., Kim, Y., Pan, S., and Park, J. (2008). Efficient image retrieval using adaptive segmentation of hsv color space. In 2008 International Conference on Computational Sciences and Its Applications, pages 491–496. IEEE.[Sattar et al., 2005] Sattar, J., Giguere, P., Dudek, G., and Prahacs, C. (2005). A visual servoing system for an aquatic swimming robot. In 2005 IEEE/RSJ International Conference on Inte- lligent Robots and Systems, pages 1483–1488. IEEE.[Shaik et al., 2015] Shaik, K. B., Ganesan, P., Kalist, V., Sathish, B., and Jenitha, J. M. M. (2015). Comparative study of skin color detection and segmentation in hsv and ycbcr color space. Procedia Computer Science, 57:41–48.[Taherian et al., 2020] Taherian, A., Mazinan, A. H., and Aliyari-Shoorehdeli, M. (2020). Image- based visual servoing improvement through utilization of adaptive control gain and pseudo- inverse of the weighted mean of the jacobians. Computers & Electrical Engineering, 83:106580.[Zake et al., 2019] Zake, Z., Caro, S., Roos, A. S., Chaumette, F., and Pedemonte, N. (2019). Stabi- lity analysis of pose-based visual servoing control of cable-driven parallel robots. In International Conference on Cable-Driven Parallel Robots, pages 73–84. 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Implementación de un sistema de servovisión en un robot paralelo accionado por cables

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