Prototipo de un robot móvil autónomo y la identificación de objetos mediante visión computacional

Abstract

Technological development has allowed us to carry out implementations of equipment or prototypes that support the teaching, dissemination and self-learning. This paper implementing a computer vision system allowing the identification of objects by means of color, which is outfitted with a prototype of an autonomous mobile robot, resulting in a service robot. The task for the robot is to search and allocate an object of a defined color, make the shift to him and take it with tweezers. Control system PID (Proportional, Integral, Derivative) is used to control the speed of motors available on the robot, so that can perform the correct offset at the object. The vision system consists of a camera, which senses the environment, this information is issued to a processing unit (microcomputer PCB Rapsberry Pi), which use computer vision techniques and libraries OpenCV, if the object has the desired color and shape. There is a mechanism of communication between the microcomputer and the Arduino development board, USB port or serial port emulation, which allow it to send a reference value to the control system of the motors that move the robot. The robot also has an infrared distance sensor that measures the distance to an object, at which the mechanism that manipulates the clamp makes possible to take or capture the object. The phases of design and assembly of the prototype can be divided into 3 main categories: electronic circuitry, physical structure and programming. We accomplished the task successfully, which is demonstrated in the experimental part of this work

El desarrollo tecnológico nos ha permitido llevar a cabo implementaciones de equipos o prototipos que sirven de apoyo en la didáctica, divulgación y autoaprendizaje. En este trabajo se presenta la implementación de un sistema de visión computacional que permite la identificación de objetos por medio del color, el cual es conjuntado con un prototipo de un robot móvil autónomo, resultando un robot de servicio. La tarea que se le exige al robot es visualizar un objeto de un color definido, realizar el desplazamiento hacia él y tomarlo con sus pinzas. Se emplea un sistema de control PID (Proporcional, Integral, Derivativo) para controlar la velocidad de los motores con que cuenta el robot, de tal manera que pueda realizar el desplazamiento correcto hacia el objeto. El sistema de visión está compuesto por una cámara, que visualiza el ambiente, dicha información es emitida a una unidad de procesamiento (microcomputadora PCB Rapsberry Pi), en la que se determina mediante técnicas de visión computacional y las librerías de OpenCV, si el objeto es del color y forma deseados. Existe un mecanismo de comunicación entre la microcomputadora y la tarjeta de desarrollo Arduino, a través del puerto USB o emulación del puerto serie, que permiten enviar un valor de referencia al sistema de control de los motores que desplazan el robot. El robot cuenta además con un sensor infrarrojo de distancia que mide la cercanía a un objeto, momento en el cual se acciona el mecanismo que manipula la pinza que hace posible tomar o capturar el objeto. Las fases de diseño y armado del prototipo se pueden dividir en 3 categorías principales: circuitería electrónica, estructura física y programación. Se logró realizar la tarea planteada exitosamente, lo cual se demuestra en la parte experimental del presente trabajo.