تخمين مسير حركت توپ پرتابه و كنترل ربات جهت رسيدن به توپ با استفاده از تك دوربين

Ball Trajectory Estimation and Robot Control to Reach the Ball Using Single Camera

در تحقيقات رباتيك گرفتن يك جسم پرتاب شده توسط سيستم رباتيكي يكي از مسائل چالش برانگيز است. نتايج حاصل از اين تحقيقات را مي توان در زمينه سيستم هاي نظارتي مبتني بر تصاوير ويدئويي، تحليل تصاوير ويدئويي ورزشي، برنامه هاي نظارت بر فعاليت هاي انساني و ارتباط انسان و ماشين مورد استفاده قرار داد. در اين مقاله الگوريتم جديدي بر مبناي بينايي ماشين براي تخمين مسير حركت پرتابه ارائه شده است كه به صورت بلادرنگ زمان و مكان برخورد پرتابه با ناحيه كاري ربات را تخمين مي زند. از نوآوري هاي اين مقاله مي توان به ارائه الگوريتم بهبود يافته اي براي تخمين مركز توپ، استفاده از محاسبات زير پيكسل براي بهبود تخمين مسير و بررسي الگوريتم هاي مختلف تخمين مسير و پياده سازي سخت افزاري به صورت بلادرنگ بر روي ربات طراحي شده، اشاره نمود. تركيب اطلاعات سنسورهاي تك دوربين و ژيروسكوپ از ديگر مواردي است كه در اين مقاله به آن پرداخته شده است. نتايج بدست آمده نشان دهنده توانايي الگوريتم پيشنهادي در تخمين صحيح مسير توپ و عملكرد مناسب آن در برابر نويز است.

In robotics research, catching a projectile object with a robotic system is one of the challenging problems. The outcome of these researches can be used in a wide range of applications such as video surveillance systems, analysis of sports videos, monitoring programs for human activities, and human-machine interactions. In this paper, we propose a new vision-based algorithm to estimate the trajectory of a projectile, which estimates the time and the position of the projectile's collision with the robot's working space in real-time. We use sub-pixel calculations and present an improved algorithm for estimating the center of the ball. We evaluate the performance of different trajectory estimation algorithms and also provide a real-time hardware implementation of our method on a designed robot. Moreover, the combination of single-camera and gyroscope information is studied in this paper. The results show that the proposed algorithm is capable of correctly estimating the ball's trajectory and has a very good performance against the noise.