HumanoidRobotHead
Humanoid Robot Head
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| Short Description: | Lo scopo è progettare il sistema di visione stereoscopico per il robot MaximumOne azionando delle webcam con dei motori passo passo |
| Coordinator: | GiuseppinaGini (gini@elet.polimi.it) |
| Tutor: | FlavioMutti (mutti@elet.polimi.it) |
| Collaborator: | |
| Students: | GiacomoGiacchetti (giacomo.giacchetti@mail.polimi.it), RenzoVannucci (renzo.vannucci@gmail.com), AngelManuelBravo (maspallapucky@gmail.com) |
| Research Area: | Robotics |
| Research Topic: | Maximum One |
| Start: | 2009/07/19 |
| Status: | Active |
| Type: | Thesis |
Contents
Part 1: project profile
Project name
Humanoid Robot Head
Project short description
Il progetto consiste nella creazione della testa ed in particolare del sistema di visione, per il robot Maximum One. Verranno montate due telecamere dotate di servomotori per eseguire i movimenti di beccheggio ed imbardata. Il sistema di visione così creato dovrà poi essere controllato per eseguire dei semplici compiti di tracking visivo.
Dates
Start date: 19/07/2009 End date: 21/07/2010
People involved
Project head(s)
G. Gini - User:GiuseppinaGini
Project tutor(s)
F. Mutti - User:FlavioMutti
Students currently working on the project
Giacomo Giacchetti - User:GiacomoGiacchetti
Renzo Vannucci - User:RenzoVannucci
Laboratory work and risk analysis
Laboratory work for this project will be mainly performed at AIRLab/Lambrate. It will include significant amounts of mechanical work as well as of electrical and electronic activity. Potentially risky activities are the following:
- Use of mechanical tools. Standard safety measures described in Safety norms will be followed.
- Use of soldering iron. Standard safety measures described in Safety norms will be followed.
- Use of high-voltage circuits. Special gloves and a current limiter will be used.
- Transportation of heavy loads (e.g. robot parts). Standard safety measures described in Safety norms will be followed.
- Robot testing. Standard safety measures described in Safety norms will be followed.
- Death ray testing: on the robot will be mounted professor Azzoide's death ray projector. When testing it on live animals (e.g. pigeons, pigs, camels) we will make sure that people stay away from the test area.
Part 2: project description
La tesi consiste nella creazione di una testa robotica dotata di 2 telecamere mobili.
Specifiche
Peso totale inferiore al chilogrammo
Il robot Maximum One attualmente monta un collo mobile azionato da attuatori di Mckibben, il peso massimo che può sostenere per riuscire a muoversi in maniera adeguata è di circa un chilogrammo.
Campo visivo con estensione simile a quella umana
L'estensione umana è di circa 150° orizzontalmente e 120° verticalmente. La testa robotica sarà dotata della stessa estensione visiva totale, ma ripartiti in maniera differente, il campo di visione umano infatti è asimmetrico sia in verticalmente che orizzontalmente; al fine di uniformare i movimenti dei motori quindi, si è deciso di rendere simmetrici i possibili angoli di spostamento dei due occhi facendo una media dei valori umani, il risultato finale è un possibile spostamento di +60° / -60° verticalmente e +75° / -75° orizzontalmente.
Velocità di spostamento degli occhi simile a quella dei movimenti saccadici umani
La velocità di rotazione degli occhi durante un movimento saccadico può arrivare a 900°/s ,ma in realtà per grandi rotazioni viene subito coinvolto anche il collo. Possiamo dunque stimare attorno ai 600°/s la velocità media della saccade. Per un movimento di inseguimento lento sono di circa 100 °/s; nel progetto si verifica l'effettiva possibilità di raggiungere tali velocità.
La visione delle telecamere doveva rispondere anch'essa a dei requisiti
La risoluzione deve essere di almeno 640x480, con un Frame rate di 24-30 Frame/s. I driver per il loro funzionamento dovevano essere compatibili a linux. Le telecamere inoltre dovevano essere dotate di uscita usb ed il loro peso non doveva superare i 100 grammi, per questo motivo sono state scelte le webcam logitech c200.
Realizzazione
Creazione del Prototipo
Nel corso della tesi sono stati ideati 3 prototipi.
Primo Prototipo
L'idea iniziale è stata di utilizzare un giunto cardanico per sostenere le telecamere, posizionare i motori nella parte posteriore della testa e muovere le telecamere mediante dei cavi inestensibili. Purtroppo non è stato possibile completare il prototipo per 3 motivi : 1- la difficile creazione di un giunto cardanico adatto al movimento che ci serviva 2- l'eccessiva presenza di giochi utilizzando dei cavi 3- utilizzando un giunto cardanico bisognava riprogettare la webcam per rimettere in asse il fuoco della telecamera.
Secondo Prototipo
Nel secondo prototipo abbiamo scartato l'idea dei cavi inestensibili, abbiamo posizionato 2 telecamere direttamente sopra due motori e si è provato a movimentare questo sistema telecamere-motori per permettere di eseguire il movimento oculare "alto basso" in comune. I problemi di questo secondo prototipo sono stati : 1- il peso della parte mobile era troppo elevato per il motore che doveva eseguire il movimento orizzontale. 2- la parte mobile era sbilanciata rispetto all'asse di rotazione.
Terzo Prototipo
Con il terzo prototipo è stato ordinato un motore di circa 7 volte più potente del precedente, si sono posizionati i motori in maniera simmetrica rispetto all'asse di rotazione per bilanciare il carico e si è ridotto notevolmente il braccio della parte mobile al fine di ridurre la forza necessaria a muovere tale parte.
Hardware
Conclusioni
Attualmente o motori passo passo raggiungono ottime velocità orizzontalmente. Il sistema meccanico mobile seppur ottimizzato rispetto ai precedenti prototipi risulta ancora troppo pesante per il motore utilizzato, questo comporta una velocità massima rilevata di solo 213°/s verticalmente. Nonostante ciò bisogna considerare che il movimento risultante dal movimento combinato orizzontale e verticale riesce a raggiungere velocità sempre maggiori al crescere della componente orizzontale del movimento. Per quanto riguarda il movimento lento invece il sistema si comporta in maniera soddisfacente.
Miglioramenti futuri
I possibili miglioramenti vanno in 3 direzioni : 1- cambiamento dei motori passo passo con altri più costosi (ma pià leggeri e piu potenti) 2- cambiamento della parte mecanica con materiali più leggeri 3- cambiamento dei motori passo passo con servomotori digitali (ma la parte hardware sarebbe da rifare completamente)
Part 4: Tesi
MOE : Un sistema di visione stereoscopico bioispirato per il robot Maximum One
