Jo˜ao Carlos Pimentel Fidalgo Peixoto Integraç˜ao de Dados Visuais e Inerciais Para o Equil´ıbrio

90 Pages·2016·7.07 MB·English

Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecˆanica,
2016
Jo˜ao Carlos Pimentel Integrac¸˜ao de Dados Visuais e Inerciais Para o
Fidalgo Peixoto Equil´ıbrio de Um Robˆo Human´oide
Visual and Inertial Data Integration to Assist
Humanoid Balance

Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecˆanica,
2016
Jo˜ao Carlos Pimentel Integrac¸˜ao de Dados Visuais e Inerciais Para o
Fidalgo Peixoto Equil´ıbrio de Um Robˆo Human´oide
Visual and Inertial Data Integration to Assist
Humanoid Balance
Disserta¸c˜aoapresentada`aUniversidadedeAveiroparacumprimentodosre-
quesitos necess´arios ´a obten˜ao do grau de Meste em Engenharia Mecˆanica,
realizada sob a orienta¸c˜ao cient´ıfica de V´ıtor Manuel Ferreira dos Santos,
Professor Associado do Departamento de Engenharia Mecˆanica da Univer-
sidade de Aveiro e sob co-orienta¸c˜ao de Filipe Miguel Teixeira Pereira da
Silva, Professor Auxiliar do Departamento de Electr´onica Telecomunica¸c˜oes
e Inform´atica da Universidade de Aveiro.

o ju´ri / the jury
presidente / president Professor Doutor Jorge Augusto Fernandes Ferreira
Professor Auxiliar da Universidade de Aveiro
vogais / examiners committee Professor Doutor Ant´onio Manuel Ferreira Mendes Lopes
Professor Auxiliar da Universidade do Porto - Faculdade de Engenharia
Professor Doutor V´ıtor Manuel Ferreira dos Santos
Professor Associado da Universidade de Aveiro (orientador)

agradecimentos / I would like to take this opportunity to acknowledge my family, friends and
acknowledgements professors, who stood and stand by me, not only this passing year, but
since I started this new adventure known as college. In particular, I thank
my parents who have always been supportive, both mentally and financially.
My family (blood or not) who encouraged me all this time, as well as my
friends. Without them this project wouldn’t have come to fruition.
I cannot forget my tutors who celebrated my successes and encouraged
me when things weren’t going so well. I would especially like to thank Dr.
VictorSantosforsharingwithmehispassionandknowledgeaboutcomputer
programming and always acknowledging both my effort and quality as a
beginner programmer. Of course, I would also like to thank my fellow
colleagues in LAR, especially Jorge Almeida, who taught me all I know
about ROS (even if I still don’t know much).
I would like to thank my girlfriend for being my safe haven, for enduring my
bad mood and all my hours of work. Without any of these people, I don’t
think I would have gotten through all of this.
Last but not least, I would like to thank Motofil for providing the FANUC
arm robot, without which, this work would have been impossible.

Palavras-chave PHUA, Humano´ıde, IMU, Sensores Inerciais, Aceler´ometros, Girosc´opios,
Vis˜ao, SIFT, SURF, Filtro de Kalman, Equil´ıbrio
Resumo Esta dissertac¸˜ao aborda o problema que consiste na medic¸˜ao do movimento
da cabe¸ca de um robot human´oide fundindo dados inerciais e visuais, com
o objetivo de obter o output que melhor descreve o movimento da cabe¸ca
do human´oide. O seu principal objectivo ´e perceber e desenvolver um algo-
ritmo usando o Filtro de Kalman, que ir´a fundir ambas as fontes de dados
com o prop´osito de obter uma nova fonte de informa¸c˜ao com um maior
grau de confianc¸a. Para cumprir os objectivos, um modelo da cabe¸ca do
humano´ide, juntamente com as cˆamaras e os sensores inerciais, v˜ao ser
movidos na ponta de um bra¸co rob´otico industrial, que´e usado como grupo
decontrole(groundtruth)noquetoca`aposi¸c˜aoangular. Pontos-chavenos
frames obtidos atrav´es da cˆamara, s˜ao extra´ıdos e usados para calcular a
diferen¸ca na posi¸c˜ao angular que ocorreu entre frames, que v˜ao mais tarde,
juntamente com os dados inerciais obtidos de girosc´opios, servir de input a
um modelo de um Filtro de Kalman.
Uma vez que este dissertac¸˜ao assenta em ferramentas como o Filtro de
Kalman, que tem como prop´osito unir dados de origens diferentes, ´e essen-
cialqueseconhec¸amostiposdedadoseferramentasqueir˜aoserutilizados.
Assim, v´ariasexperiˆenciasforamdesenvolvidaseestudadascomointuitode
desenvolver o conhecimento nessas mat´erias. Adicionalmente, erros foram
acrescentadosaosdados,artificialmente,comoobjectivodeemularsensores
sens´ıveis a ru´ıdo. No entanto, o sistema continua a ter uma performance
positiva.