ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΠΡΟΤΥΠΟΣ ΡΟΜΠΟΤΙΚΟΣ ΚΕΙΜΕΝΟΓΡΑΦΟΣ

Transcript

1 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΠΡΟΤΥΠΟΣ ΡΟΜΠΟΤΙΚΟΣ ΚΕΙΜΕΝΟΓΡΑΦΟΣ Πτυχιακή Εργασία των Καρακωνσταντίνου Χρίστου Τερζή Ιωάννας Επιβλέπων: Δρ. Καμπουρλάζος Βασίλειος Καβάλα 2013

2 2

3 Περίληψη Συμβολή στην Επιστήμη Η ρομποτική είναι ο κλάδος που έχει ως αντικείμενο τη μελέτη, το σχεδιασμό και τη λειτουργία των ρομπότ, καθώς και την έρευνα για την περαιτέρω ανάπτυξή τους. Η ανάπτυξη του κλάδου της τεχνητής νοημοσύνης (artificial intelligence) κατά τη δεκαετία του 1980 άνοιξε ευρύτατες προοπτικές εφαρμογής της στη ρομποτική. Όπως είναι γνωστό, η τεχνητή νοημοσύνη αποτελεί ένα από τα σημαντικότερα πεδία έρευνας της πληροφορικής και αφορά την κατασκευή συστημάτων αυτοματισμού εφοδιασμένων με ικανότητα μάθησης, δυνατότητα κατανόησης της φυσικής γλώσσας, ικανότητα αξιολόγησης στοιχείων, λήψης αποφάσεων κ.ά. Οι σχετικές έρευνες στον τομέα της ρομποτικής αφορούν την κατασκευή ρομπότ τα οποία πέρα από τις βασικές αισθήσεις, όπως η αφή και η όραση, θα είναι εφοδιασμένα με αντιληπτικές ικανότητες (π.χ. αντίληψη σχημάτων, μορφών, εικόνων κ.λπ.), με ικανότητα διεξαγωγής λογικών συνειρμών και εξαγωγής συμπερασμάτων, καθώς και με δυνατότητες ανακατανομής δεδομένων ανάλογα με τη χρήση για την οποία ζητούνται και με ικανότητα αυτοδιόρθωσης. Σε αυτό τον τομέα εμπλέκεται η υπολογιστική όραση ή Computer Vision που επιτρέπει σε μηχανές να βλέπουνε. Η όραση υπολογιστών ασχολείται με την αυτοματοποιημένη εξαγωγή χρήσιμων πληροφοριών από εικόνες ή ακολουθίες εικόνων. Το πεδίο εφαρμογών της είναι ιδιαίτερα ευρύ, αφού η εικόνα περιέχει μεγάλα ποσά πληροφορίας που μπορούν να αξιοποιηθούν ποικιλότροπα από τις μηχανές. Απώτερος στόχος είναι η κατασκευή συστημάτων τα οποία θα αντιλαμβάνονται τον ορατό κόσμο με ανθρώπινη ευφυΐα. Αν και η έρευνα στην περιοχή έχει κάνει τα τελευταία χρόνια σημαντική πρόοδο, απέχουμε ακόμα πάρα πολύ από την εκπλήρωση αυτού του οράματος. Βασικός στόχος αυτής της πτυχιακής, είναι η μελέτη και η δημιουργία αλγορίθμων έτσι ώστε να υπάρξει μια επικοινωνία μεταξύ ρομπότ και ανθρώπου σε πραγματικό χρόνο (real time). Το robot στην αρχική του κατάσταση είναι σε αναμονή μέχρι να ο χρήστης άνθρωπος του δώσει κάποιο γράμμα, από την στιγμή που γίνει αυτό, το robot κάνει έναν υπολογισμό για τις κινήσεις που θα πρέπει να κάνει έτσι ώστε να σχηματίσει το γράμμα που του δόθηκε στον πίνακα. Θα πρέπει να αναφερθεί πως το συγκεκριμένο σύστημα θα επικοινωνεί με τον άνθρωπο μέσω υπολογιστή. Τα δεδομένα που μπορεί ο βραχίονας είναι τα 24 γράμματα του ελληνικού αλφάβητου. Ανάλογα το γράμμα που θα του δοθεί θα κάνει και τις αντίστοιχες κινήσεις.. 3

4 Πρόλογος Η σύγχρονη τεχνολογία έχει καταφέρει να διεισδύσει στις περισσότερες δραστηριότητες του σημερινού ανθρώπου. Και σε αυτό έχουν συνεισφέρει αρκετά πολοί κλάδοι της επιστήμης όπως και η ρομποτική. Για να φτάσουμε όμως σε αυτό το σημείο θα πρέπει να αναφερθεί ότι οι κλάδοι που έπαιξαν πρωταρχικό ρόλο είναι η τεχνητή νοημοσύνη και η μικροηλεκτρονική, οι οποίοι είναι η βάση της σημερινής τεχνολογίας. Ο Aibo και ο Nao είναι λίγα από τα robots τα οποία έχουν συνεισφέρει σε ερευνητικό επίπεδο για αυτή τη σύγχρονη τεχνολογία. Αν και οι δύο αυτές επιστήμες έχουν προχωρήσει πάρα πολύ και οι συσκευές τους σήμερα χαρακτηρίζονται από πολύ καλά λειτουργικά και ποιοτικά χαρακτηριστικά, οι δύο αυτοί κλάδοι έχουν πολύ δρόμο ακόμη και φυσικά δεν σταματούν να βελτιστοποιούν τις ήδη υπάρχουσες λειτουργίες τους καθώς και τον εμπλουτισμό τους με επιπλέον χαρακτηριστικά. Στόχος αυτής της πτυχιακής είναι ο βραχίονας να εκτελεί τις κατάλληλες κινήσεις έτσι ώστε να απεικονίζει στον πίνακα, τα γράμματα ή τη λέξη που του δίνει ο εκάστοτε χρήστης. 4

5 Ευχαριστίες Θα θέλαμε πραγματικά να ευχαριστήσουμε τον επιβλέποντα καθηγητή Δρ. Καμπουρλάζο Βασίλειο για την υποστήριξη και τη βοήθεια του, καθώς και την ευκαιρία που μας έδωσε να ασχοληθούμε με ένα τέτοιο θέμα. Επίσης θα θέλαμε να ευχαριστήσουμε τους ανθρώπους που ήταν δίπλα μας για την υπομονή και την υποστήριξη τους. Τέλος ένα μεγάλο ευχαριστώ στις οικογένειές μας. 5

6 Περιεχόμενα Κεφάλαιο1 1.1 Ρομποτική Εισαγωγή Μια ιστορική αναδρομή στην ρομποτική Η ρομποτική στις μέρες μας Πλεον/τα και μειον/τα από τη χρήση των ρομπότ Ταξινόμηση ρομποτικών συστημάτων Computer Vision - Εισαγωγή Όραση μηχανής Λειτουργίες Συστήματα Όρασης Μηχανών Εφαρμογές συστημάτων όρασης μηχανής Πραγματικός χρόνος (Real Time) Aibo Συστήματα αναγνώρισης μορφασμών Κεφάλαιο Περιγραφή εργασίας Ανάλυση Κατασκευής Κινήσεις Καρπού & Τελικού Στοιχείου Δράσης Μέθοδοι προγραμματισμού Ρομποτ Μέθοδοι Προγραμματισμού Leadthrough Μέθοδος με Γλώσσες Προγραμματισμού Τρόποι μετάβασης από σημείο σε σημείο Μετάβαση από Σημείο σε Σημείο Μετάβαση Συνεχούς Διαδρομής Κατασκευή μηχανικού μέρους Τμήματα του βραχίονα Διαδικασία συναρμολόγησης Ελεγχος βραχίωνα από υπολογιστή

7 Κεφάλαιο Αναγνώριση Γραμμάτων Υλικά-Κυκλώματα-Λογισμικό Ανάπτυξης Κινητήρες USB to I2C Interface module Κεφάλαιο Λογισμικό Εφαρμογής Αρχική κατάσταση συστήματος Κώδικας ελέγχου σύνδεσης μονάδας με βραχίονα Λειτουργία Συστήματος Εκκίνηση του Robot Κεφάλαιο Συμπεράσματα Πλεονεκτήματα / Μειονεκτήματα Κεφάλαιο 6 Κώδικας Βιβλιογραφία

8 Κεφάλαιο 1 Εισαγωγή 1.1 Ρομποτική Εισαγωγή Με τον όρο ρομπότ (robot) εννοούμε το σύστημα που έχει τη δυνατότητα να λαμβάνει πληροφορίες από το περιβάλλον του και να προσαρμόζει τις δράσεις του. Μπορούμε να χωρίσουμε τα ρομποτικά συστήματα σε δύο κατηγορίες: τα στατικά και τα κινούμενα. Στατικά είναι τα ρομποτικά συστήματα που έχουν ένα σταθερό σημείο αναφοράς και οι κινήσεις των στοιχείων δράσης τους βασίζονται στην αναφορά αυτή. Κινούμενα είναι τα ρομποτικά συστήματα που το σημείο αναφοράς τους μεταβάλλεται συνεχώς. Γενικότερα, τα ρομποτικά συστήματα μπορούν να ελέγξουν και να μεταβάλλουν τις θέσεις των αρθρώσεων τους. Κάθε ανεξάρτητη κίνηση που μπορεί να πραγματοποιήσει ένα ρομπότ με μια από τις συσκευές δράσης του καθορίζει και ένα βαθμό ελευθερίας (Degree of Freedom). Για τα κινούμενα ρομποτικά συστήματα υπάρχουν δυο κατηγορίες: αυτά που κινούνται με τροχούς και αυτά που κινούνται με άκρα. Επίσης, στα κινούμενα ρομποτικά συστήματα, οι βαθμοί ελευθερίας δεν είναι απαραίτητα ίδιοι με τις διαστάσεις του χώρου διατάξεων (configurations) που μπορεί να έχει το ρομποτικό σύστημα στο περιβάλλον. Για παράδειγμα, ένα αυτοκίνητο μπορεί να κινηθεί πάνω σε μια επιφάνεια και να προσεγγίσει οποιοδήποτε σημείο (Χ,Υ) με οποιαδήποτε προσανατολισμό Ζ, άρα το μοντέλο του αυτοκινήτου έχει ένα τρισδιάστατο χώρο διατάξεων (Χ,Υ,Ζ) αλλά μόνο δύο βαθμούς ελευθερίας αφού μπορεί να πάει μπρος/πίσω και να στρέψει τους δυο από τους τέσσερις τροχούς αριστερά-δεξιά. Τέτοια ρομποτικά συστήματα ονομάζονται μη ολονομικά. Αντίθετα, ένας ρομποτικός βραχίονας έχει ίδια διάσταση διατάξεων με τους βαθμούς ελευθερίας. Τέτοια συστήματα ονομάζονται ολονομικά. Το μοντέλο του αυτοκινήτου είναι μη ολονομικό (nonholonomic), ενώ ο βραχίονας είναι ολονομικός (holonomic) Μια ιστορική αναδρομή στην ρομποτική Η πρώτη εμπορική εφαρμογή ενός βιομηχανικού ρομπότ έλαβε χώρα το 1961, όταν ένα ρομπότ χρησιμοποιήθηκε στη φόρτωση και εκφόρτωση μιας μηχανής χυτηρίου (die casting), δηλαδή σε μια εργασία ιδιαίτερα δυσάρεστη για τον άνθρωπο. Πολλές από τις πρώτες ρομποτικές εγκαταστάσεις αφορούσαν εφαρμογές όπου υπήρχε μεγάλος κίνδυνος ή δυσφορία για τους ανθρώπους. Τα πρώτα αυτά ρομπότ δεν εκτελούσαν τις εργασίες τους πιο οικονομικά από τους ανθρώπους. 1920: Το δραματικό έργο του συγγραφέα Τσέχου Karel Capek R.U.R. (Rossum s Universal Robots), εισάγει τη λέξη robot. 1950: O Isaac Asimov γράφει το βιβλίο Ι Robot που περιλαμβάνει εννέα μικρές ιστορίες σχετικά με ρομπότ. 1954: Ο George Devol Jr. καταθέτει αίτηση ευρεσιτεχνίας για μια προγραμματιζόμενη συσκευή μεταφοράς ή ρομποτικό χέρι. 8

9 1958: Ο Devol δίνει άδεια λειτουργίας σε διάφορους κατασκευαστές. Προκαταρτικές προδιαγραφές που καθορίζονται για το πρώτο ρομπότ Unimate, από τη συνεργασία των Devol και JF Engelberger. Η εταιρία AMF ξεκινάει ένα έργο έρευνας και ανάπτυξης για το Versatran. 1962: H AMF παρουσιάζει το Model 102, μια συσκευή μεταφοράς συνεχούς τροχιάς, και το Model 102, μια συσκευή μεταφοράς σημείου προς σημείο, ενώ τον ίδιο καιρό, η Unimade ετοιμάζει το πρωτότυπο MARK I για δοκιμές στην ύπαιθρο. 1965: Η AMF δίνει άδεια λειτουργίας σε δύο Ευρωπαίους κατασκευαστές και ξεκινάει την ανάπτυξη ενός χαμηλού κόστους ρομποτικού συστήματος Versatran για εφαρμογές στερεάς κατάστασης (solid state applications). 1966: H Verastran παρουσιάζει το Model 301, ένα ρομπότ εφαρμογών στερεάς κατάστασης για λειτουργία σημείου προς σημείου. 1967: Η Unimate παρουσιάζει το Mark II, Η εμπειρία από το Mark II 1900, βασίζεται σε 70 ρομποτικές εγκαταστάσεις. Εισάγεται στην Ιαπωνία το πρώτο ρομπότ και ένα AMF Verastran χρησιμοποιείται σε εφαρμογή βαφής με ψεκασμό. 1968: Η AMF Verastran παρουσιάζει το ρομπότ σημείου προς σημείο MODEL 302, στην Ιαπωνία κατασκευάζονται δύο ρομπότ με σερβομηχανισμό και κινήσεις Verastran και το πρώτο Unimate εισάγεται από την ιαπωνική εταιρία Kawasaki Heavy Industries. 1969: Το πρώτο Unimate ρομπότ εγκαθίσταται στην Nissan Automobile Factory. 1970: Η Unimate παρουσιάζει το πρώτο βιομηχανικό ρομπότ με έξι βαθμούς ελευθερίας και η AMF επιδεικνύει το βελτιωμένο ρομπότ Model 401, συνεχούς τροχιάς. Σχηματίζεται η ιαπωνική AMF Japan Ltd. 1971: Ιδρύεται ο Σύνδεσμος Ιαπωνικών Βιομηχανικών Ρομπότ (Jira). 1972: Η IBM αναπτύσσει το καρτεσιανό ρομποτικό βραχίονα : Η Καναδική κυβέρνηση και Hayes-Dana κατασκευάζουν τρία πρωτότυπα βιομηχανικά ρομπότ. Η ρομποτική βιομηχανία ASEA αναπτύσει ένα πλήρως ηλεκτροκινούμενο ρομπότ. 1976: Η Cincinnati Milacron (CM) εισέρχεται στην αγορά βιομηχανικών ρομπότ. 1978: Η General Motors υπογράφει συμβόλαιο με την Unimate για την κατασκευή του ρομπότ PUMA (Programmable Universal Machine for Assembly). 1980: Σχηματίζονται οι εταιρίες Automatrix Inc και Cypotech, προιόν αμοιβαίας συνεργασίας μεταξύ της Rnsburg και της Renault. 1982: H GE υπογράφει συμφωνία με τη VW και Hitachi για την πώληση των ρομπότ τους στις ΗΠΑ. Η GM και η FANUC υπογράφουν συμφωνία για την κατασκευή ρομπότ στις ΗΠΑ. Η Westinghouse εξαγοράζει τη Unimation Η ρομποτική στις μέρες μας Με την εξέλιξη της ρομποτικής τεχνολογίας, το πεδίο εφαρμογών των ρομπότ στην βιομηχανία διερευνήθηκε και μαζί με αυτό και οι αιτιολογίες για τη χρήση τους. Σήμερα έχει επικρατήσει πλέον ο όρος 4D, από το ακρώνυμο των λέξεων Dull, Dirty, Dangerous και Difficult, δηλαδή ανιαρό, ακάθαρτο, επικίνδυνο και δύσκολο, για να περιγράψει το είδος των εργασιών όπου ευνοείται η χρήση των ρομπότ. Τα ρομπότ σήμερα χρησιμοποιούνται σε 9

10 εφαρμογές που προσφέρουν σαφές οικονομικό πλεονέκτημα και καλύτερα αποτελέσματα έργου σε σύγκριση με τον άνθρωπο. Σε πολλές περιπτώσεις, τα ρομπότ μπορούν να εκτελέσουν εργασίες σε σημαντικό χαμηλότερο κόστος σε σύγκριση με το καθαρό εργατικό κόστος. Τα σημερινά ρομπότ δεν έχουν ικανότητα κρίσης, ευελιξίας ή επιδεξιότητας όπως ο άνθρωπος, αλλά παρέχουν το ξεχωριστό πλεονέκτημα της ικανότητας επιτέλεσης επαναληπτικών έργων με μεγάλο βαθμό συνέπειας, το οποίο οδηγεί σε βελτιωμένη ποιότητα προϊόντος. Η βελτίωση στη συνέπεια είναι ουσιαστική για την αιτιολόγηση χρήσης των ρομπότ σε εφαρμογές όπως η βαφή με ψεκασμό, η ηλεκτροσυγκόλληση και η επιθεώρηση αντικειμένων. Ήδη μερικά μονο-λειτουργικά ρομπότ, που κάνουν ένα δηλαδή πράγμα, είναι γνωστά: καθαρίζουν το πάτωμα ή κόβουν το γρασίδι ή φυλάνε το σπίτι όταν οι ένοικοι λείπουν. Σε μερικές κλινικές μεταφέρουν φάρμακα ή ιατρικούς φακέλους ή καθαρίζουν τζάμια. Στο στρατό ήδη χιλιάδες ρομπότ «υπηρετούν», όπου εξουδετερώνουν βόμβες, κάνουν αναγνωριστικές πτήσεις στον αέρα ή υποβρύχιες περιπολίες μέσα στη θάλασσα. Συνήθως δεν έχουν ανθρωποειδή εμφάνιση, μπορεί για παράδειγμα να μοιάζουν με έντομα. Αλλά και τα ρομπότ στα σπίτια δεν είναι ανάγκη να είναι πάντα ανθρωποειδή. Μπορεί π.χ. να μοιάζουν μια αναπηρική καρέκλα που μεταφέρει ένα άτομο με ειδικές ανάγκες Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα από τη χρήση των ρομπότ Όπως αναφέρθηκε και παραπάνω τα ρομπότ έχουν αντικαταστήσει τον άνθρωπο σε πολύ δύσκολες συνθήκες εργασίας. Τα πλεονεκτήματα που μας προσφέρουν αυτές οι μηχανές είναι: Πλεονεκτήματα: 1. Ασφάλεια των εργαζομένων από: i. Επικίνδυνα περιβάλλοντα. ii. Τοξικά αέρια. iii. Υψηλές Θερμοκρασίες. iv. Ραδιενέργεια. v. Φόρτωση και εκφόρτωση επικίνδυνων εργαλείων. 2. Υψηλότερη παραγωγικότητα i. 24ωρη λειτουργία. ii. Υψηλότερη ταχύτητα λειτουργίας στις περισσότερες εφαρμογές. 10

11 iii. Λιγότερα σφάλματα που έχουν σαν αποτέλεσμα λιγότερα απορριπτέα κομμάτια ή κατεστραμμένες μηχανές. iv. Ομοιόμορφη ποιότητα των παραγόμενων προϊόντων. 3. Ευελιξία παραγωγικής μονάδας i. Μικρότερος χρόνος προσαρμογής σε αλλαγές της μονάδας. ii. iii. Ευκολότερη αντιμετώπιση των αλλαγών. Ικανότητα λειτουργίας υπό ασυνήθιστους προσανατολισμούς, όπως με προσάρτηση στην οροφή ή στον τοίχο. 4. Δυνατότητα εργασίας υπό αντίξοες συνθήκες (μη εφικτές από ανθρώπους) i. Υποθαλάσσιες και διαστημικές έρευνες / επιδιορθώσεις. ii. Ηφαίστεια. Μειονέκτηματα: 1. Δυσκολία προγραμματισμού ανάλογα με την εφαρμογή. 2. Σχετικά μικρή ταχύτητα λειτουργίας ειδικά για σερβοελεγχόμενα συστήματα συνεχούς τροχιάς. 3. Η ακρίβεια τοποθέτησης των ρομποτικών συνιστωσών περιορίζεται από τον τζόγο στις ρομποτικές αρθρώσεις και την ευκαμψία ή «κύρτωση» των ρομποτικών συνδέσεων. Όσο μεγαλύτερο είναι το φορτίο σε σχέση με το μέγεθος του ρομπότ, τόσο μεγαλύτερο είναι το πρόβλημα αυτό. 4. Κόστος εγκατάστασης, συντήρησης, εκμάθησης, κλπ Ταξινόμηση ρομποτικών συστημάτων Η ταξινόμηση των ρομπότ αποτελεί τον οδηγό για τη σύγκριση ρομπότ παρόμοιων ιδιοτήτων και είναι απαραίτητη για την επιλογή του κατάλληλου ρομπότ για μια συγκεκριμένη εφαρμογή. Αυτό που θα πρέπει να μελετήσουμε είναι η αρχή λειτουργίας, η μέθοδος έλεγχου κίνησης και ο γεωμετρικός σχηματισμός. 1. Αρχή λειτουργίας i. Ρομπότ Σταθερής Στάσης Το ρομπότ κατά την μετακίνηση του έχει τον έλεγχο μόνο των σημείων στάσης, αλλά όχι τον έλεγχο των ενδιάμεσων σημείων της τροχιάς. Κάθε άξονας έχει ένα προκαθορισμένο σταθερό μηχανικό όριο στο κάθε άκρο της 11

12 έκτασης του και μπορεί να σταματάει μόνο στα όρια αυτά. Ρομπότ αυτού του τύπου είναι εξειδικευμένων εφαρμογών και για αυτό το λόγο όχι διαδεδομένα. ii. Σερβοελεγχόμενα Ρομπότ Ο τύπος αυτός κινείται από σερβομηχανισμούς, δηλαδή κινητήρες των οποίων το σήμα κίνησης είναι συνάρτηση της διαφοράς μεταξύ της επιθυμητής και της μετρούμενης (πραγματικής) θέσης. Ένα ρομπότ αυτού του τύπου έχει τη δυνατότητα να κινείται μέσα από ένα πραγματικά άπειρο αριθμό σημείων κατά την εκτέλεση μιας τέτοιας προγραμματισμένης τροχιάς. Το σύνολο των σημείων προκύπτει από ένα συνδυασμό των επιμέρους θέσεων των αρθρώσεων. Εάν, για παράδειγμα, ένα ρομπότ έχει τρεις αρθρώσεις και κάθε άρθρωση μπορεί να πετύχει 100 διαφορετικές μετατοπίσεις, τότε το άκρο του χειριστή μπορεί να πετύχει διαφορετικές θέσεις. Τα ρομπότ αυτά είναι πιο ακριβά και πιο σύνθετα στη λειτουργία, τον προγραμματισμό και τη συντήρηση από τα ρομπότ σταθερής στάσης [8]. 2. Μέθοδοι Ελέγχου Κίνησης i. Ρομπότ Σημείου προς Σημείο (Point-to-Point Robots) Με αυτή τη μέθοδο ελέγχου κίνησης, ένα ρομπότ προγραμματίζεται από το χρήστη ώστε να κινηθεί από μια θέση στην επόμενη. Οι ενδιάμεσες τροχιές μεταξύ των σημείων δεν μπορούν να προσδιορισθούν. Σε μια τέτοια ακολουθία κινήσεων, το ρομπότ κινείται σε μια προσδιορισμένη θέση, σταματάει και εκτελεί μια λειτουργία, κατόπιν κινείται σε μια άλλη προσδιοριζόμενη θέση, σταματάει, κ.ο.κ. Η τροχιά του ρομπότ και η ταχύτητα κατά την μετακίνηση από τη μια θέση στην επόμενη, γενικά δεν έχει σημασία και συνήθως δεν προγραμματίζεται, αλλά αποτελεί εσωτερική λειτουργία του ελεγκτή. Στον τρόπο λειτουργίας σημείου-προς-σημείου, ένα ρομπότ εκτελεί χρήσιμο έργο μόνο όταν όλοι οι άξονες είναι σε στάση στις επιθυμητές θέσεις του χώρου εργασίας. Οι περισσότερες εργασίες χειρισμού αντικειμένων και ορισμένες εργασίες χειρισμού εργαλείων εκτελούνται κατ αυτόν τον τρόπο. Όλα τα ρομπότ σταθερής στάσης και ορισμένα σερβοελεγχόμενα ρομπότ λειτουργούν με αυτόν τον τρόπο[8]. ii. Ρομπότ Συνεχούς Τροχιάς Ο έλεγχος συνεχούς τροχιάς είναι ένας τύπος ρομποτικού ελέγχου κατά τον οποίο το ρομπότ επαναλαμβάνει την κίνηση μέσα από διδαγμένα σημεία σε μικρή απόσταση μεταξύ τους, και τα οποία έχουν προγραμματιστεί σε μια σταθερή χρονική βάση κατά τη διάρκεια της διδασκαλίας. Τα σημεία διδασκαλίας καταγράφονται από τη μονάδα ελέγχου καθώς το ρομπότ οδηγείται μέσα από μια επιθυμητή τροχιά, διαβάζοντας τους κωδικοποιητές των αρθρώσεων, δηλαδή τη θέση του κάθε άξονα σε σταθερή χρονική βάση. Στη συνέχεια, ένας αλγόριθμος επανάληψης επιχειρεί να επαναλάβει την 12

13 κίνηση αυτή. Έλεγχος συνεχούς τροχιάς μπορεί επίσης να επιτευχθεί με την παρεμβολή μιας επιθυμητής καμπύλης τροχιάς μεταξύ των διδαγμένων σημείων. Τα ρομπότ που λειτουργούν κατ αυτόν τον τρόπο, μπορούν να εκτελέσουν χρήσιμο έργο ενώ όλοι οι άξονες τους βρίσκονται σε ταυτόχρονη, συντονισμένη κίνηση και με διαφορετική ταχύτητα, προκειμένου το εργαλείο να διαγράψει την επιθυμητή τροχιά. Η τροχιά του βραχίονα προγραμματίζεται με άμεσο τρόπο ή υπολογίζει ο ελεγκτής τη διαδρομή μεταξύ διαδοχικών σημείων. Ορισμένες εργασίες χειρισμού αντικειμένων και εργαλείων εκτελούνται κατ αυτόν τον τρόπο. Οι λειτουργίες συνεχούς τροχιάς μπορούν να εκτελεσθούν μόνο από σερβοελεγχόμενα ρομπότ. 3. Γεωμετρικός Σχηματισμός Ένα τρίτο σχήμα ταξινόμησης βασίζεται στο γεωμετρικό σχηματισμό του ρομποτικού συστήματος. Στους περισσότερους ρομποτικούς βραχίονες, οι τρεις πρώτες αρθρώσεις, αυτές δηλαδή που βρίσκονται πλησιέστερα στη ρομποτική βάση, συνήθως χρησιμοποιούνται για την τοποθέτηση του άκρου του βραχίονα σε ένα σημείο στο χώρο, ενώ οι τελευταίες (τρεις ή λιγότερες) αρθρώσεις σχηματίζουν τον καρπό (wrist), ο οποίος είναι υπεύθυνος για τον προσανατολισμό του άκρου ή του τελικού στοιχείου δράσης. Ανάλογα με το σύστημα συντεταγμένων των τριών πρώτων βαθμών ελευθερίας τα ρομπότ ταξινομούνται σε καρτεσιανά ή ορθογώνια, κυλινδρικά, σφαιρικά ή πολικά και αρθρωτά. Εξάλλου, ανάλογα με την εμφάνιση τους και τη γεωμετρία του συνολικού μηχανισμού, τα ρομπότ μπορούν να χαρακτηρισθούν ως ανθρωπομορφικά, SCARA ή gantry. Μια εναλλακτική μορφή γεωμετρικού σχηματισμού είναι τα παράλληλα ρομπότ, τα οποία είναι κλειστές κινηματικές αλυσίδες (closed kinematic chains) και χρησιμοποιούνται σε εξειδικευμένες εφαρμογές. Ιδιαίτερο επίσης ενδιαφέρον παρουσιάζουν και τα ρομποτικά χέρια (robotic hands), τα οποία επίσης θεωρούνται ρομποτικοί μηχανισμοί και χρησιμοποιούνται για προηγμένους χειρισμούς αντικειμένων. Υπάρχουν επίσης σύνθετα ρομποτικά συστήματα τα οποία δεν έχουν σταθερή βάση, αλλά μπορούν να κινούνται, αυξάνοντας κατ αυτόν τον τρόπο τον ωφέλιμο χώρο δράσης τους. Τα κινητά (mobile) ρομπότ αποτελούν μια ξεχωριστή κατηγορία και συμπεριλαμβάνουν τα βαδίζοντα (walking) και τα κυλιόμενα (rolling)[8]. 13

14 1.2 Computer Vision Εισαγωγή Η Όραση Υπολογιστών ή Computer Vision είναι ο κλάδος της επιστήμης των υπολογιστών που επιτρέπει σε μηχανές να «βλέπουνε». Η όραση υπολογιστών ασχολείται με την αυτοματοποιημένη εξαγωγή χρήσιμων πληροφοριών από εικόνες ή ακολουθίες εικόνων. Το πεδίο εφαρμογών της είναι ιδιαίτερα ευρύ, αφού η εικόνα περιέχει μεγάλα ποσά πληροφορίας που μπορούν να αξιοποιηθούν ποικιλότροπα από τις μηχανές. Απώτερος στόχος είναι η κατασκευή συστημάτων τα οποία θα αντιλαμβάνονται τον ορατό κόσμο με ανθρώπινη ευφυΐα. Αν και η έρευνα στην περιοχή έχει κάνει τα τελευταία χρόνια σημαντική πρόοδο, απέχουμε ακόμα πάρα πολύ από την εκπλήρωση αυτού του οράματος. Τα πρώτα βήματα στην όραση υπολογιστών έγιναν τη δεκαετία του 60. Σχεδόν από την αρχή έγινε αντιληπτό ότι η εξαγωγή χρήσιμων συμπερασμάτων με συστήματα μηχανικής όρασης είναι μια εξαιρετικά δύσκολη υπόθεση. Πλήθος παραγόντων (γεωμετρία και ανακλαστικότητα αντικειμένου, σχετική θέση αντικειμένου παρατηρητή, φωτισμός σκηνής, μεταξύ άλλων) αλληλεπιδρούν και συνδιαμορφώνουν την τελική εικόνα/2-δ προβολή στον αμφιβληστροειδή χιτώνα του ανθρώπινου ματιού ή στους φωτογραφικούς αισθητήρες. Εξαιτίας αυτής της πολυπλοκότητας, οι πρώτες προσπάθειες για κατασκευή συστημάτων μηχανικής όρασης είχαν περιορισμένη μόνο επιτυχία και μάλιστα υπό ελεγχόμενες συνθήκες και σε πολύ συγκεκριμένα πεδία εφαρμογών. Ανάλογες εξάλλου δυσκολίες συνάντησαν οι πρώτοι αισιόδοξοι ερευνητές σε συναφή πεδία της τεχνητής νοημοσύνης, όπως στην επεξεργασία του φυσικού λόγου. Καταδείχθηκε έτσι ότι είναι δύσκολο να μιμηθούμε μηχανιστικά λειτουργίες που για τον άνθρωπο φαίνονται εύκολες αφού εκτελούνται μη συνειδητά. Μία προσέγγιση για να αντιμετωπιστεί η πολυπλοκότητα αυτών των φαινομένων, μερικώς εμπνευσμένη από τη μελέτη βιολογικών συστημάτων όρασης, είναι να αποσυντεθεί το συνολικό πρόβλημα της όρασης σε πιο βατά υποπροβλήματα, οργανωμένα σε μια ιεραρχία χαμηλού, μέσου ή υψηλού επιπέδου. Με αυτόν τον τρόπο, ξεκινώντας από τις απλές μετρήσεις φωτεινότητας στο 2-Δ επίπεδο της εικόνας και μέσω ενδιάμεσων συμβολικών αναπαραστάσεων («σκίτσο»,αποτελούμενο από ακμές, μονάδες υφής, κτλ.) καταλήγουμε σε ανακατασκευή 3-Δ αντικειμένων στα οποία μπορούν στη συνέχεια να αποδοθούν σημασιολογικές ιδιότητες. Η αρχική διατύπωση αυτής της θεωρίας όρασης από τον Marr προέβλεπε ότι οι υπολογισμοί σε αυτήν την αρχιτεκτονική ακολουθούν αυστηρά προς τα επάνω (bottom up) ροή. Πολλοί ερευνητές αργότερα ανέδειξαν τη σημασία επαύξησης του μοντέλου με προς τα κάτω (top down ) μηχανισμούς ανάδρασης πληροφορίας, που είναι 14

15 απαραίτητοι για την άρση αμφισημιών στα χαμηλότερα επίπεδα, ειδικά υπό δύσκολες οπτικές συνθήκες Όραση μηχανής - Λειτουργίες Για την κατανόηση ενός συστήματος όρασης μηχανής πρώτα πρέπει να γίνει μελέτη όλων των λειτουργιών που λαμβάνουν χώρα σε ένα τέτοιο σύστημα. Οι λειτουργίες ενός συστήματος όρασης μηχανής μπορούν να διαιρεθούν σε τρια βασικά επίπεδα και συγκεκριμένα στο χαμηλό, στο μεσαίο και στο υψηλό επίπεδο. Οι λειτουργίες του χαμηλού επιπέδου, έχουν σαν είσοδο και σαν έξοδο μια εικόνα, οι λειτουργίες του μεσαίου επιπέδου, έχουν σαν είσοδο εικόνες, παράγουν όμως σαν έξοδο τις ιδιότητες και τα χαρακτηριστικά των εικόνων. Τις ιδιότητες αυτές λαμβάνουν ως είσοδο οι λειτουργίες υψηλού επιπέδου με στόχο τη σωστή ερμηνεία αυτών και τη τελική λήψη απόφασης. Όλα επίπεδα παίζουν ρόλο για την συνολική λειτουργία της όρασης μηχανής [1]. Παρακάτω φαίνεται (Σχήμα 2) η πυραμίδα αποτελούμενη από τα επίπεδα που αναφέραμε. Η παρούσα πτυχιακή ασχολείται και με τα τρία επίπεδα. Αρχικά λαμβάνει μια είσοδο εικόνας και αφού βρεθεί κάποιο πρόσωπο ανθρώπου παράγει σαν έξοδο τα χαρακτηριστικά του προσώπου και στη συνέχεια με βάση αυτά τα χαρακτηριστικά παίρνει μια απόφαση. Λήψη απόφασης Υψηλό Επίπεδο Ιδιότητες Μεσαίο Επίπεδο Εικονοστοιχεία Χαμηλό Επίπεδο Εικονοστοιχεία Σχήμα 2: Πυραμίδα λειτουργιών όρασης μηχανής Συστήματα Όρασης Μηχανών Σαν επιστημονικός κλάδος, η Όραση Υπολογιστών σχετίζεται με τη θεωρία και την τεχνολογία που χρησιμοποιείται στη δημιουργία τεχνητών συστημάτων που λαμβάνουν πληροφορίες από εικόνες. Οι εικόνες μπορούν να προέρχονται από διαφορετικά συστήματα λήψης όπως π.χ. βίντεο, όψεις 15

16 από πολλαπλές κάμερες, πολυδιάστατες εικόνες από ιατρικό scanner κτλ. Ως τεχνολογικός κλάδος, η Όραση Υπολογιστών επιδιώκει να εφαρμόσει τις θεωρίες και τα μοντέλα της Όρασης Υπολογιστών στην κατασκευή Συστημάτων Όρασης Υπολογιστών. Η βάση των τεχνητών συστημάτων όρασης είναι η κάμερα. Αποτελεί το ηλεκτρονικό ανάλογο του ανθρώπινου ματιού. Η κάμερα μπορεί να χρησιμοποιηθεί είτε επάνω στο σύστημα κίνησης είτε εκτός αυτού, για τον προσδιορισμό της θέσης ενός ρομπότ. Στην περίπτωση που η κάμερα είναι τοποθετημένη εκτός ρομπότ εντοπίζεται το κινητό μέσο από την επεξεργασία των εικόνων, και υπολογίζεται η απόσταση του από κάποιο δεδομένο σημείο του χώρου που κινείται. Από την άλλη μεριά, αν η κάμερα βρίσκεται πάνω στο όχημα, πρέπει να υπάρχει κατάλληλος αλγόριθμος που θα αναγνωρίζει, βάσει κάποιων σταθερών σημαδιών που θα γνωρίζει, την απόσταση του συστήματος από αυτά. Ο κλάδος αυτός βρίσκεται ακόμη σε εξέλιξη και υπάρχουν προβλήματα που εντοπίζονται στην εξάλειψη του θορύβου και στην επίτευξη του πραγματικού χρόνου εκτέλεσης των αλγορίθμων επεξεργασίας εικόνας Εφαρμογές συστημάτων όρασης μηχανής Οι εφαρμογές της όρασης μηχανής είναι απεριόριστες. Μερικές από αυτές είναι η οπτική αναγνώριση χαρακτηριστικών, η αναγνώριση αντικειμένων και προτύπων, η επεξεργασία ιατρικών εικόνων, η τηλεσκόπιση και η βιομετρική. Η όραση μηχανής μπορεί επίσης να περιγραφεί ως συμπλήρωμα (αλλά όχι απαραιτήτως αντίθετο) της βιολογικής όρασης. Στη βιολογική όραση μελετώνται η οπτική αντίληψη των ανθρώπων και των ζώων, και αναπτύσσονται μοντέλα για το πώς αυτά τα συστήματα λειτουργούν από την άποψη φυσιολογικών διαδικασιών. Η Όραση Υπολογιστών, από την άλλη, μελετά και περιγράφει τα τεχνητά συστήματα όρασης που εφαρμόζονται σε λογισμικό ή/και σε hardware. Η διεπιστημονική ανταλλαγή μεταξύ της βιολογικής και υπολογιστικής όρασης αποδεικνύεται όλο και περισσότερο καρποφόρα και για τους δύο τομείς. Δύο εφαρμογές με τι οποίες έχει να κάνει η πτυχιακή είναι η οπτική αναγνώριση χαρακτηριστικών και η αναγνώριση προτύπων. Οι αυτές λειτουργίες κατατάσσονται και στα τρια επίπεδα λειτουργιών της όρασης μηχανής και το κάθε επίπεδο παίζει σημαντικό ρόλο για την τελική απόφαση της εξαγωγής των εκφράσεων του προσώπου. Η αναγνώριση χαρακτηριστικών και προτύπων (Σχήμα 3) έχει αναπτυχθεί πάρα πολύ τα τελευταία χρόνια, όπου υπάρχει ένα μεγάλο πεδίο έρευνας και ανάπτυξης. 16

17 Σχήμα: Αναγνώριση προσώπου και ματιών Πραγματικός χρόνος (Real Time) Επειδή το προτεινόμενο σύστημα θα πρέπει να ανταποκρίνεται έγκαιρα στις αλλαγές του περιβάλλοντος, θα πρέπει να γίνει αναφορά στην έννοια του πραγματικού χρόνου (real time). Σίγουρα είναι μια έννοια πολύπλοκη και δύσκολα ερμηνεύεται. Η ταχύτητα απόκρισης στο χρόνο ενός συστήματος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για το χαρακτηρισμό ή μη του συστήματος αυτού ως πραγματικού χρόνου. Συχνά θεωρείται ότι ένα σύστημα είναι πραγματικού χρόνου όταν αυτό είναι πολύ γρήγορο, το οποίο όμως δεν αντικατροπτίζει την πραγματικότητα. Πραγματικού χρόνου σύστημα μπορεί να χαρακτηριστεί και ένα σύστημα το οποίο ανταποκρίνεται επαρκώς γρήγορα στο πλαίσιο της λειτουργίας του [1]. Ένα παράδειγμα το οποίο συναντάμε συχνά είναι οι κάμερες οι οποίες είναι τοποθετημένες πάνω στους δρόμους. Αυτές οι κάμερες όπως όλοι γνωρίζουμε έχουν δύο λειτουργίες, την μέτρηση της ταχύτητας και την αναγνώριση της πινακίδας. Τέτοια συστήματα (Σχήμα 4) πάλι δεν ανταποκρίνονται στον πραγματκό χρόνο με διαφορά κάποιων δέκατων των χιλιοστών των δευτερολέπτων αλλά κάνουν άριστα την δουλειά τους χωρίς να γίνει αντιληπτό από τον ανθρώπινο το μάτι. Σχήμα 4: Σύστημα ανίχνευσης της πινακίδας αυτοκινήτου Όταν είμαστε απέναντι σε οποιοδήποτε σύστημα και δεν είμαστε σίγουροι εάν είναι πραγματικού χρόνου μπορούμε να μελετήσουμε τα παρακάτω: I. Πληρεί σαφείς και αναλυτικούς χρονικούς τερματισμούς; II. Η λειτουργία του βασίζεται στην σωστή απόκριση των εξόδων του; 17

18 Είναι φανερό από όλα τα παραπάνω, ότι απόδοση ενός συστήματος όρασης εξαρτάται από πολλούς παράγοντες οι οποίοι επηρεάζουν είτε την απόδοση είτε την ταχύτητα του εκάστοτε συστήματος. Ένα σύστημα με πολύ καλή ποιοτική απόδοση αλλά όχι γρήγορη απόκριση μπορεί να είναι ανεπαρκές για μια συγκεκριμένη εφαργμογή καθώς και το αντίθετο Aibo Το AIBO (Σχήμα 5) είναι ένα τετράποδο ρομπότ της Sony που μοιάζει με σκύλο. Το όνομά του προέρχεται από τις λέξεις Α.Ι.(Artificial Intelligence) και robot.επίσης, στα Ιαπωνικά ΑΙΒΟ σημαίνει φίλος. Το πρώτο AIBO, που κυκλοφόρησε το Μάιο του 1999, μπορούσε να μαθαίνει από το περιβάλλον του και να εκφράζει τα συναισθήματα του. Με την πάροδο των ετών, οι ικανότητες του AIBO βελτιώθηκαν και έφτασε να μπορεί να επικοινωνεί με τους ανθρώπους και να συνδέεται ασύρματα με το Διαδίκτυο. Αυτό φαίνεται και στην εξέλιξη των διαφόρων μοντέλων του ΑΙΒΟ που κατασκευάστηκαν κατά καιρούς, τόσο στον υλικό εξοπλισμό (hardware) όσο και στις δυνατότητές τους. To AIBO επικοινωνεί με το περιβάλλον με τη βοήθεια διαφόρων αισθητήρων και ενεργοποιητών. Η έγχρωμη κάμερα που διαθέτει, προσφέρει εικόνα του χώρου που βρίσκεται το AIBO. Για τον εντοπισμό της θέσης του ΑΙΒΟ και την αποφυγή των εμποδίων, αυτό είναι εξοπλισμένο με 3 αισθητήρες υπέρυθρων. Επίσης, υπάρχουν αισθητήρες αφής σε πολλά σημεία του ΑΙΒΟ, όπως στο κεφάλι και στην πλάτη, καθώς και μικρόφωνα στα αυτιά. Το λογισμικό για το ΑΙΒΟ αποθηκεύεται σε ένα memory stick, που τοποθετείται στο κάτω μέρος του ΑΙΒΟ. Υπάρχουν memory stick προγραμματισμένα από τη Sony που προσομοιώνουν τη συμπεριφορά ενός σκύλου. Επίσης με τη χρήση ενός υπολογιστικού συστήματος, κατάλληλων εργαλείων λογισμικού και ασύρματης επικοινωνίας, εντολές μπορούν να δοθούν και μέσω του υπολογιστή. Η κίνηση του ΑΙΒΟ βασίζεται στην ποικιλία αρθρώσεων που διαθέτει: 3 σε κάθε πόδι (4x3), 3 στο κεφάλι, 1 στο στόμα,2 στην ουρά και 1 σε κάθε αυτί (2x1). Κάθε άρθρωση μπορεί να κινηθεί ανεξάρτητα από τις υπόλοιπες, δίνοντας συνολικά 20 βαθμούς ελευθερίας στο ΑΙΒΟ. Επίσης το ΑΙΒΟ διαθέτει LEDs σε πολλά σημεία του σώματος του, καθώς και μεγάφωνο στο θώρακα του, κάνοντας έτσι την επικοινωνία του ΑΙΒΟ με τον άνθρωπο και το περιβάλλον πιο ευχάριστη. Ο ενσωματωμένος υπολογιστής που διαθέτει το ΑΙΒΟ περιέχει επεξεργαστή 64-bit RISC στα 576MHz και RAM 64Mb. Οπότε το ΑΙΒΟ διαθέτει όλα τα απαραίτητα εργαλεία για την εκτέλεση παιχνιδιών. 18

19 Σχήμα: AIBO Συστήματα αναγνώρισης μορφασμών Η ανάλυση των εκφράσεων του προσώπου περιλαµβάνει τόσο την µέτρηση της κίνησης του προσώπου όσο και την αναγνώριση της έκφρασης. Σκοπός ενός τέτοιου συστήµατος είναι να πραγµατοποιεί αυτόµατη αναγνώριση των εκφράσεων του προσώπου. Πιθανόν να είναι αδύνατο να ενσωµατώσουµε όλα τα χαρακτηριστικά του ανθρώπινου οπτικού συστήµατος αλλά στηριζόµενοι πάνω σ αυτό καταλήγουµε στις ϐασικές προϋποθέσεις που πρέπει να έχει ένα τέτοιο σύστηµα. Γενικά Χαρακτηριστικά Μεταχειρίζεται άτοµα κάθε ηλικίας, εθνικότητας και εµφάνισης Αντιµετωπίζει µεταβολές στο ϕωτισµό Αντιµετωπίζει εντός πλάνου κίνηση του κεφαλιού Μεταχειρίζεται διαφορετικές αναλύσεις εικόνων Αναγνωρίζει όλες τις πιθανές εκφράσεις Αναγνωρίζει εκφράσεις µε διαφορετική ένταση Αυτοµατισµοί/Real-Time Αυτόµατος/Real-Time εντοπισµός προσώπου Αυτόµατη/Real-Time εξαγωγή χαρακτηριστικών Αυτόµατη/Real-Time αναγνώριση εκφράσεων Σχήμα: Ιδιότητες ενός ιδεατού συστήµατος αναγνώρισης εκφράσεων προσώπου Ο σκοπός αυτής της εργασίας είναι να δείξει σε ένα βαθμό πως μπορεί να επικοινωνήσει ένα robot μαζί με τον άνθρωπο. Τα παραπάνω είναι λίγο προχωρημένα για την εισαγωγή σε αυτόν τον τομέα. Η εργασία αυτή ασχολείται με τους αυτοματισμούς που αναφέρονται στο πίνακα αλλά πάνω σε ένα συγκεκριμένο πρόσωπο και σε συγκεκριμένες εκφράσεις και έχει αντιμετωπιστεί σε ένα μεγάλο βαθμό ο φωτισμός. 19

20 Εάν κανείς ανατρέξει στη βιβλιογραφία θα διαπιστώσει πως πολλοί είναι αυτοί που χρησιμοποιούν το Facial Action Coding System (FACS). Το Facial Action Coding System (FACS) είναι µία ευρέως διαδεδοµένη µέθοδος µέτρησης και περιγραφής της «συµπεριφοράς» του προσώπου. Οι Ekman και Friesen ανέπτυξαν ένα σύστηµα κωδικοποίησης των κινήσεων του προσώπου το 1978, χρησιµοποιώντας γνώσεις ανθρώπινης ανατοµίας και ορίζοντας τον τρόπο µε τον οποίο η σύσπαση κάθε µυός του προσώπου (µεµονωµένα ή σε συνδυασµό) αλλάζει την εµφάνιση του προσώπου. Εξέτασαν ακολουθίες κινούµενης εικόνας που απεικονίζουν εκφράσεις προσώπου έτσι ώστε αφενός να καθορίσουν τις αλλαγές που συντελούνται από τις συσπάσεις των µυών καθώς και από τους συνδυασµούς αυτών και αφετέρου να διαχωρίσουν τους πιθανούς συνδυασµούς κινήσεων. Μονάδες µέτρησης του FACS είναι τα Action Units (AUs). Επειδή ορισµένα AUs συνδυάζουν την κίνηση περισσοτέρων του ενός µυός ή το αποτέλεσµα της σύσπασης ενός µυός εκφράζεται µε δύο ή περισσότερα AUs οι µύες δεν επιλέχθηκαν ως µονάδες µέτρησης. Ο κωδικοποιητής ενός τέτοιου συστήµατος αναλύει την παρατηρούµενη έκφραση σε συγκεκριµένα AUs και δίνει ως αποτέλεσµα µία λίστα των AUs που δηµιουργούν την έκφραση. Επίσης είναι δυνατόν να ληφθούν υπόψη η διάρκεια, η ένταση και η πιθανή ασυµµετρία. Τα αποτελέσµατα αυτά είναι µόνο περιγραφικά και δεν παρέχουν στοιχεία σχετικά µε τη σηµασία της έκφρασης. Σε επόµενο στάδιο είναι δυνατόν τα στοιχεία του FACS να µετατραπούν σε χρήσιµες για την ψυχολογία έννοιες µε τη ϐοήθεια του FACSAID, ενός συστήµατος ερµηνείας της αντίστοιχης ϐάσης δεδοµένων διαθέσιµου στους ερευνητές. Το FACs περιέχει 44 AUs. Από αυτά, τα 30 συνδέονται ανατοµικά µε την κίνηση συγκεκριµένων µυών (Σχήμα 8). Το Σχήµα περιέχει µερικά παραδείγµατα εκφράσεων που δηµιουργούνται από συνδυασµούς AUs[2]. Επίσης για τον έλεγχο του όλου συστήµατος, καθώς και των επιµέρους τµηµάτων του, χρησιµοποιήείται η Cohn-Kanade AU-Coded Face Expression Image Database. Η ϐάση αποτελείται από ενήλικες, 69% γυναίκες και 31% άντρες, ηλικίας 18 µε 50 χρονών, διαφόρων εθνικοτήτων. Τα άτοµα που συµµετέχουν στη ϐάση εκπαιδεύτηκαν από ειδικούς για να ερµηνεύσουν απλά Aus και συνδυασµούς από AUs. Η κινηµατογράφηση έγινε σε κλειστό εσωτερικό χώρο. Οι ακολουθίες εικόνων ξεκινούν µε ουδέτερο πρόσωπο και σταµατούν µε το τελευταίο καρέ να απεικονίζει την εκάστοτε έκφραση στη µέγιστη ένταση της. Οι εικόνες αποτελούνται από 640Χ480 pixels, µε 8 bit/pixel οι ασπρόµαυρες και 24 bit/pixel οι έγχρωµες. Ακολουθίες εικόνων µε κίνηση εντός πλάνου και περιορισµένη κίνηση εκτός πλάνου, περιέχονται µέσα στη ϐάση. Το µέρος της ϐάσης που µας έγινε διαθέσιµο, µετά από αίτηµα, αποτελείται από 97 άτοµα σε 487 ακολουθίες εικόνων, κωδικοποιηµένων κατά FACS Aus [2]. 20

21 Σχήμα: FACS Action Unit Παρακάτω περιγράφεται η λειτουργία του συστήματος: Με είσοδο µία ακολουθία από frames, αρχικά εντοπίζουµε το πρόσωπο στο πρώτο καρέ µε χρήση µίας προσαρµοσµένης έκδοσης του Viola-Jones Face Detector[2]. Στη συνέχεια µέσα στην περιοχή του προσώπου εντοπίζονται 16 χαρακτηριστικά σηµεία του προσώπου µε χρήση ϕίλτρων Gabor και του αλγόριθµο gentleboost. Η υλοποίηση αυτού του τµήµατος έγινε σε Matlab[2]. Αφού τα 16 σηµεία εντοπίστουν στο πρώτο καρέ, στη συνέχεια παρακολουθούνται στα υπόλοιπα καρέ της ακολουθίας µε την ϐοήθεια του αλγορίθµου Lucas Kanade[2]. Στη συνέχεια 2 σετ χαρακτηριστικών υπολογίζονται µε ϐάση την χωροχρονική ϑέση των 16 σηµείων. Τέλος από τα 2 αυτά σετ εξάγονται µε την ϐοήθεια των SVM τα εκάστοτε AUs. Η υλοποίηση των SVMs έγινε µε τη ϐοήθεια του Bioinformatics Toolbox του Matlab[2]. Στην παρούσα εργασία δεν εφαρμόζονται τα παραπάνω για επειδή γίνεται αναφορά σε ένα και μόνο πρόσωπο. 21

22 Κεφάλαιο Περιγραφή εργασίας Στην παρούσα εργασία, όπως αναφέρθηκε παραπάνω παρουσιάζεται ένας βραχίονας σε σταθερή βάση αλλά με βαθμούς ελευθερίας για να κάνει τις κινήσεις που χρειάζονται. Το συγκεκριμένο robot έχει την δυνατότητα μέσω της σύνδεσής του με τον υπολογιστή να διαβάζει το γράμμα που του δόθηκε και με βάση τον αλγόριθμο του κάθε γράμματος να κινείται και να το σχηματίζει. Όλα τα δεδομένα επεξεργάζονται από την υπολογιστική μονάδα που είναι τοποθετημένη πάνω στον βραχίονα. Τα δεδομένα που λαμβάνει υπόψη της η υπολογιστική μονάδα είναιη θέση του βραχίονα καθώς επίσης και αν έχει γράψει και άλλο γράμμα πριν έτσι ώστε να πάρει τη σωστή θέση. Τα δεδομένα αυτά είναι τα γράμματα του ελληνικού αλφάβητου. 2.2 Ανάλυση Κατασκευής Η τυπική μορφή ενός βιομηχανικού ρομπότ φαίνεται παρακάτω σχήμα. Βασικά ένα βιομηχανικό ρομπότ μιμείται το ανθρώπινο χέρι. Επειδή τα βιομηχανικά ρομπότ εκτελούν διάφορους χειρισμούς, ονομαζονται και μηχανικοι χειριστές ή απλά χειριστές. Πολλοί επιστήμονες τα ονομάζουν και μηχανικά χέρια. Ένα ρομπότ έχει αρθρώσεις ανάλογες αυτών του ανθρώπινου χεριού δηλαδή ώμο, αγκώνα, και καρπό. Οι αρθρώσεις οδηγούνται από κινητήρες που μπορεί να είναι ηλεκτρικοί ή υδραυλικοί. Οι κινητήρες δίνουν στο ρομπότ πολύ μεγαλύτερη ισχύ από αυτή που μπορεί να αναπτύξει ο άνθρωπος. Ο υπολογιστής ενός σύγχρονου ρομπότ, περιέχει ένα πρόγραμμα ελέγχου και ένα πρόγραμμα εργασίας. Το πρόγραμμα ελέγχου ρυθμίζει τη κίνηση κάθε μιας άρθρωσης του ρομπότ. Το πρόγραμμα εργασίας καθορίζει τις κινήσεις που χρειάζεται για να εκτελεσθεί κάθε φορά η επιθυμητή εργασία. Ένα πρόγραμμα εργασίας μπορεί να παραχθεί είτε περνώντας το ρομπότ από τις 22

23 θέσεις που απαιτεί η συγκεκριμένη εργασία ή χρησιμοποιώντας κατάλληλες γλώσσες προγραμματισμού για να περιγραφούν οι κινήσεις. Όταν χρησιμοποιείται μια γλώσσα προγραμματισμού, το ρομπότ περιέχει έναν κατάλληλο επεξεργαστή που μεταφράζει το πρόγραμμα εργασίας και παρέχει τα δεδομένα που χρειάζεται το πρόγραμμα ελέγχου για να καθοδηγήσει το ρομπότ στις επιθυμητές κινήσεις. Το πρόγραμμα ελέγχου χρησιμοποιεί το πρόγραμμα εργασίας σαν είσοδο και συνεπώς για κάθε εργασία ο χρήστης πρέπει να γράψει ένα διαφορετικό πρόγραμμα εργασίας.[3],[4] Κινήσεις Καρπού & Τελικού Στοιχείου Δράσης Το τελικό στοιχείο δράσης (στυλό) συνδέεται με το κυρίως σώμα, δηλαδή με τον βραχίονα του ρομπότ μέσω του καρπού. Στον καρπό η κίνηση κύλισης αντιστοιχεί σε περιστροφή πάνω σε επίπεδο κάθετο προς το τέλος του βραχίονα, η κίνηση ανύψωσης αντιστοιχεί σε περιστροφή πάνω σε ένα κάθετο επίπεδο και η κίνηση στροφής αντιστοιχεί σε περιστροφή πάνω σε οριζόντιο επίπεδο. Οι βασικές κινήσεις του βραχίονα και του καρπού των ρομπότ φαίνεται ότι για να φθάσει ένα ρομπότ σε ένα συγκεκριμένο σημείο του χώρου με συγκεκριμένο προσανατολισμό του άκρου του καρπού χρειάζονται τρεις βαθμοί ελευθερίας.[3] 2.3 Μέθοδοι προγραμματισμού Ρομποτ Ο προγραμματισμός ρομπότ πραγματοποιείται με διάφορους τρόπους. Σύμφωνοι με την τρέχουσα βιομηχανική πρακτική χωρίζουμε τις μεθόδους προγραμματισμού σε δύο βασικούς τύπους: 1. Μεθόδων διδασκαλίας (Leadthrough) 2. Μεθόδων με γλώσσες προγραμματισμού ρομπότ Επίσης εκτός από την leadthrough και τις γλώσσες προγραμματισμού, μια άλλη μέθοδος χρησιμοποιείται για τα απλά ρομπότ χαμηλής τεχνολογίας. Η μέθοδος αυτή χρησιμοποιείται σε τύπους μηχανών που αναφέρονται ως ρομπότ περιορισμένης ακολουθίας, που ελέγχονται με τη βοήθεια των μηχανικών στάσεων και των αλλαγών ορίου για να καθορίσουν τα σημεία τέλους των κοινών κινήσεών τους. Ο καθορισμός αυτών των στάσεων και διακοπτών μοιάζει με μέθοδο προγραμματισμού. Ωστόσο αυτό το είδος προγραμματισμού θεωρείται ως χειροκίνητη διαδικασία οργάνωσης.[7] Μέθοδοι Προγραμματισμού Leadthrough Στον προγραμματισμό με διδασκαλία, το ρομπότ κινείται κατά μήκος της επιθυμητής πορείας κινήσεων προκειμένου να καταγραφεί η πορεία στη μνήμη των ελεγκτών. Υπάρχουν δύο τρόποι διδασκαλίας : 23

24 1. Τροφοδοτημένη 2. Χειροκίνητη Η τροφοδοτημένη διδασκαλία χρησιμοποιεί ένα χειριστήριο διδασκαλίας για να ελέγξει τους κινητήρες των αρθρώσεων, και να οδηγήσει το ρομποτικό βραχίονα και τον καρπό μέσω μιας σειράς σημείων στο χώρο. Η χειροκίνητη διδασκαλία χρησιμοποιείται ευκολότερα για στον συνεχούς πορείας προγραμματισμό όπου ο κύκλος κινήσεων περιλαμβάνει ομαλές σύνθετες καμπυλόγραμμες μετακινήσεις του ρομποτικού βραχίονα. Τα συστήματα ελέγχου και για τις δύο διαδικασίες διδασκαλίας υποστηρίζουν δύο λειτουργίες: λειτουργία διδασκαλίας ή λειτουργία εκτέλεσης. Η λειτουργία διδασκαλίας χρησιμοποιείται για να προγραμματιστεί το ρομπότ και η λειτουργία εκτέλεσης χρησιμοποιείται για να εκτελέσει τοπρόγραμμα. Οι απαιτήσεις ικανότητας των προγραμματιστών είναι σχετικά μέτριες και αυτές οι διαδικασίες μπορούν να εκτελεστούν εύκολα στις εγκαταστάσεις εργασίας Μέθοδος με Γλώσσες Προγραμματισμού Ο προγραμματισμός ρομπότ με τις γλώσσες προγραμματισμού μοιάζει με τον προγραμματισμό υπολογιστών. Ο προγραμματιστής γράφει το πρόγραμμα χρησιμοποιώντας μία υψηλού επιπέδου γλώσσα. Η διαδικασία εμπλουτίζεται συνήθως με τη χρησιμοποίηση των τεχνικών διδασκαλίας για να διδαχθούν στο ρομπότ οι θέσεις των σημείων στο χώρο εργασίας Τρόποι μετάβασης από σημείο σε σημείο Για ένα ρομπότ με ν άξονες, κάθε σημείο στην πορεία του περιγράφεται από ν ισότιμες τιμές, που καθεμιά αντιστοιχεί στη θέση μιας άρθρωσης. Καθένας από τους 4 βασικούς τύπους βραχιόνων έχει τρεις άξονες που συνδέουν το βραχίονα και το σώμα και δύο ή τρεις πρόσθετες αρθρώσεις στον καρπό. Οι αρθρώσεις βραχιόνων και σώματος καθορίζουν τη γενική θέση στο χώρο του τελικού στοιχείου δράσης και ο καρπός καθορίζει τον προσανατολισμό του. Για ένα σημείο στο χώρο ως θέση και προσανατολισμό του τελικού στοιχείου δράσης, υπάρχουν συνήθως περισσότερα από ένα πιθανά σύνολα τιμών των μεταβλητών των αρθρώσεων που του αντιστοιχού.. Η 24

25 προδιαγραφή ενός σημείου στο χώρο δεν καθορίζει μονοσήμαντα τις συντεταγμένες των αρθρώσεων του ρομπότ. Ανάλογα με την εφαρμογή, όλες οι παραπάνω μέθοδοι προγραμματισμού επιτρέπουν πραγματοποίηση της επιθυμητής κίνησης του βραχίονα με δύο τρόπους, δηλαδή είτε από σημείο σε σημείο (point to point), είτε με συνεχή διαδρομή. Ωστόσο πρέπει να σημειωθεί πως κατά τον προγραμματισμό ενός κύκλου εργασίας για ένα ρομπότ συνήθως χρησιμοποιούνται και οι δύο τρόποι ανάλογα με την εργασία που πραγματοποιεί ο βραχίονας σε κάθε κομμάτι του κύκλου εργασίας και πως η κάθε μέθοδος προγραμματισμού είναι καταλληλότερη για τον ένα ή τον άλλο τρόπο μετάβασης Μετάβαση από Σημείο σε Σημείο Η μετάβαση από σημείο σε σημείο είναι ίσος ο παλαιότερος τρόπος προγραμματισμού της κίνησης ρομποτικών βραχιόνων και ο απλούστερος. Στην πραγματικότητα ο προγραμματιστής προσδιορίζει δύο ή περισσότερα σημεία στο χώρο και στη συνέχεια ζητά από το ρομπότ να πραγματοποιήσει την κίνησή του περνώντας με καθορισμένη σειρά από αυτά τα σημεία και είτε απλά να περάσει από αυτά, είτε σταματώντας σε κάποιο ή κάποια από αυτά να πραγματοποιήσει κάποια εργασία. Όλες οι μέθοδοι προγραμματισμού που αναφέρθηκαν υποστηρίζουν τον προγραμματισμό με μετάβαση από σημείο σε σημείο. Μπορεί δηλαδή ο προγραμματιστής είτε με τη βοήθεια της κονσόλας χειρισμού του βραχίονα, να τοποθετήσει το βραχίονα στην επιθυμητή θέση και στη συνέχεια να την αποθηκεύσει στη μνήμη του ελεγκτή του ρομπότ, είτε πιάνοντας το βραχίονα με τα χέρια του, να τον περάσει από τα σημεία που χρειάζεται, είτε ακόμα είτε ακόμα και να προγραμματίσει τα σημεία αυτά σε ένα κατάλληλο πρόγραμμα για το ρομπότ. Ωστόσο, συνήθως χρησιμοποιείται μία από τις μεθόδους διδασκαλίας που απαιτούν λιγότερους υπολογισμούς. Με αυτόν τον τρόπο μετάβασης, η κίνηση που θα πραγματοποιήσει τελικά ο ρομποτικός βραχίονας είναι απροσδιόριστη. Όταν αποθηκεύεται μια θέση του ρομποτικού βραχίονα στο χώρο, στην μνήμη του ρομποτικού ελεγκτή αποθηκεύονται οι τιμές της κάθε άρθρωσης. Στις περισσότερες περιπτώσεις, το πρόγραμμα ελέγχου του ρομποτικού βραχίονα υπολογίζει τις αποστάσεις ή τις γωνίες που πρέπει να διανύσει κάθε άρθρωση για να φτάσει από τη μία θέση στην επόμενη, στη συνέχεια με βάση τη μέγιστη επιτρεπτή ταχύτητα κάθε άρθρωσης, υπολογίζει το χρόνο που χρειάζεται η κάθε άρθρωση για να φτάσει στην επιθυμητή θέση και με βάση των μεγαλύτερο από αυτούς τους χρόνους πραγματοποιεί την κίνηση κινώντας κάθε άρθρωση με 25

26 τέτοια ταχύτητα ώστε όλες οι αρθρώσεις να ξεκινήσουν από το ένα σημείο και να σταματήσουν ή να φτάσουν στο επόμενο ταυτόχρονα Μετάβαση Συνεχούς Διαδρομής Με αυτό τον όρο χαρακτηρίζονται όλοι εκείνοι οι τρόποι μετάβασης από ένα σημείο του χώρου σε ένα άλλο, για τους οποίους ο προγραμματιστής έχει προκαθορίσει κάθε ενδιάμεσο σημείο της διαδρομής που θα ακολουθήσει ο ρομποτικός βραχίονας. Αυτό επιτυγχάνεται με τους εξής τρόπους: 1. Ευθύγραμμη παρεμβολή 2. Κυκλική παρεμβολή 3. Ποικίλες ομαλοποιημένες κινήσεις (χειροκίνητη διδασκαλία) Κατά την ευθύγραμμη παρεμβολή, ο προγραμματιστής του βραχίονα, ορίζει τα σημεία αρχής και τέλους της κίνησης που επιθυμεί. Τότε ο ελεγκτής του βραχίονα βρίσκει τα κοντινότερα σημεία και πραγματοποιεί την κίνηση. 2.4 Κατασκευή μηχανικού μέρους Αφού μοντελοποιήθηκε μαθηματικά ο βραχίονας και αποφασίστηκε το τελικό του σχήμα, το υλικό κατασκευής, ο τύπος και το πλήθος των κινητήρων και οι βαθμοί ελευθερίας, το επόμενο στάδιο ήταν η υλοποίησή του. Κατά τη φάση της υλοποίησης η ομάδα εργασίας δούλεψε στο πρόγραμμα Rhinoceros 4.0 για την εικόνα του βραχίωνα, τις διαστάσεις και τα «κοψίματά του plexy glass και τη συναρμολόγηση του βραχίονα. Η πρώτη εκδοχή του βραχίονα ήταν με τέσσερις βαθμούς ελευθερίας αλλά λόγω της ελλιπής δύναμης των κινητήρων, αποφασίστηκε η απόρριψη αυτού του σχεδίου λόγω του ότι ο βραχίωνας δεν είχε δύναμη.[5] 26

27 2.4.1 Τμήματα του βραχίονα Ο βραχίονας είναι κατασκευασμένος εξολοκλήρου απόlexy glass, υλικό το οποίο προμηθεύεται εύκολα και μπορεί να κοπεί και να μορφοποιηθεί. [5] Ο σχεδιασμός έγινε λαμβάνοντας σοβαρά υπ όψη παράγοντες όπως: η στιβαρότητα η ευλυγισία η ικανότητα να επιτυγχάνει υψηλές ταχύτητες η λογική τιμή Διαδικασία συναρμολόγησης Το σημαντικότερο μέρος της κατασκευής είναι αυτό της συναρμολόγησης. Η συναρμολόγηση γίνεται βήμα - βήμα ξεκινώντας από τη βάση του βραχίονα προχωρώντας σταδιακά προς τις αρθρώσεις, οι οποίες αποτελούνται από δυο πανομοιότυπα τμήματα plexy glass τα οποία βιδώνονται απέναντι το ένα με το άλλο στον σερβοκινητήρα της αντίστοιχης άρθρωσης. Αφού συναρμολογηθούν οι αρθρώσεις, το επόμενο βήμα είναι η τοποθέτηση του άκρου εργασίας (στυλό) στην τελευταία άρθρωση. Το τελικό αποτέλεσμα όταν ολοκληρωθεί αυτή ηδιαδικασία είναι ο ρομποτικός βραχίονας όπως φαίνεται στη Εικόνα. 27

28 2.4.3 Ελεγχος βραχίωνα από υπολογιστή Το επόμενο στάδιο μετά την κατασκευή του μηχανικού μέρους του βραχίονα είναι ο έλεγχός του από τον υπολογιστή. Για να µελετήσουµε τον τρόπο λειτουργίας του βραχίονα αναπτύσσουµε γραφικό περιβάλλον διασύνδεσης χρήστη χρησιµοποιώντας το λογισµικό Visual Studio 2008 που επιτρέπει στο χρήστη να ελέγχει το βραχίονα. [6],[9] 28

29 Κεφάλαιο Αναγνώριση Γραμμάτων Ο χρήστης δίνει τα γράμματα αποτο πληκτρολόγιο οθόνης και έτσι ο βραχίονας ξεκινάει να τα απεικονίζει στο χαρτί. Με τις παρακάτω συναρτήσεις γίνεται η αναγνώριση των γραμμάτων. void a(void) void b(void) void g(void) //uint8_t pos[2]; pos[0] = 17;//last position of servo 3-4 pos[0] = right(pos[0],10); pos[0] = left(pos[0],10); pos[1]=10;//last position of servo 1-2 down(pos,20); 29

30 void d(void) void e(void) pos[0] = right(pos[0],10); pos[0] = left(pos[0],10); down(pos,10); pos[0] = right(pos[0],5); pos[0] = left(pos[0],5); down(pos,10); pos[0] = right(pos[0],10); void z(void) void h(void) void th(void) void i(void) pos[0] = right(pos[0],10); up(pos,20); 30

31 void k(void) void l(void) void m(void) void n(void) void ks(void) void o(void) void p(void) void r(void) void s(void) void t(void) pos[0] = 17; pos[0] = right(pos[0],10); pos[1]=10; down(pos,20); up(pos,20); pos[0] = right(pos[0],10); void y(void) void f(void) void x(void) void ps(void) void w(void) 31

32 3.2 Υλικά-Κυκλώματα-Λογισμικό Ανάπτυξης ΡΟ.ΚΕΙ. (Ρομπορικός Κειμενογράφος) Ο ΡΟ.ΚΕΙ. ζυγίζει 2 κιλά περίπου (χωρίς την υπολογιστική μονάδα) και έχει κατασκευαστεί από plexy glass. Σχήμα : Ρομποτικός Κειμενπγράφος Κινητήρες Οι κινητήρες που χρησιμοποιήθηκαν σε αυτή την κατασκευή είναι τύπου DC, η τάση που απαιτείται για τη λειτουργία τους είναι 4,8 6 V. Ο κάθε ένας κινητήρας που χρησιμοποιήθηκε απεικονίζει και κάθε μια κλείδωση του χεριού του ανθρώπου. Σχήμα : Κινητήρας Αναλυτικά τα χαρακτηριστικά των κινητήρων είναι: 32

33 Description: Here is a simple, low-cost, high quality servo for all your mechatronic needs. Large servo with a standard 3 pin power and control cable. Includes hardware as shown. Weight: 41g Dimensions: 41 x 20 x 38mm Features: 3 pole ferrite, all nylon gear Top ball bearing Operating Voltage: 4.8V~6.0V Operating speed: 0.20sec/60degree (4.8V) 0.16sec/60degree (6.0V) Stall torque: 5.2kg*cm (4.8V) 6.5kg*cm (6.0V) Temperature Range: -20â~60â Dead band width: 4µs Connector wire length: 32cm Οι καταλληλότεροι κινητήρες για την κατασκευή ενός βραχίονα είναι οι σερβοκινητήρες. Για τον έλεγχο των σερβοκινητήρων από τον ηλεκτρονικό υπολογιστή, είναι απαραίτητη η χρήση ενός κυκλώματος το οποίο είναι σε θέση να επικοινωνεί με τη γραφική διεπαφή χρήστη και να στέλνει στους σερβοκινητήρες τους καταλλήλους παλμούς ελέγχου ανάλογα με την επιθυμητή γωνία και ταχύτητα κίνησης. 3.3 USB to I2C Interface module Είναι μια μονάδα η οποία παρέχει μια πλήρη διασύνδεση μεταξύ του υπολογιστή και του dual driver motors. Η μονάδα είναι αυτόνομη και το τροφοδοτείται από το USB καλώδιο και μπορεί να παρέχει 70 ma σε 5V. Σχήμα: USB to I2C Interface module Με τον παρακάτω κώδικα, αναγνωρίζεται η πόρτα που έχουμε συνδέσει τον βραχίονα. serialport1.portname = "COM9"; serialport1.baudrate = 9600; 33

34 Κεφάλαιο 4 Ανάλυση προγράμματος και συστήματος 4.1 Λογισμικό Εφαρμογής Το λογισμικό αυτό δημιουργήθηκε για να δείξει πως μέσα από εντολές μπορεί να υπάρξει επικοινωνία μεταξύ ανθρώπου και robot. Οι εντολές αυτές είναι τα γράμματα Αρχική κατάσταση συστήματος Πριν το σύστημα τεθεί σε λειτουργία θα πρέπει να γίνουν κάποιες βασικές συνδέσεις, όπως η σύνδεση της υπολογιστικής μονάδας με τον βραχίονα, και να εξασφαλιστεί η τροφοδοσία τους. 4.2 Κώδικας ελέγχου σύνδεσης μονάδας με βραχίονα Ο κώδικας με τον οποίο γίνεται έλεγχος εάν υπάρχει σύνδεση μεταξύ της υπολογιστικής μονάδας και του βραχίονα είναι:[10],[11],[12] using System; using System.Collections.Generic; using System.ComponentModel; using System.Data; using System.Drawing; using System.Linq; using System.Text; using System.Windows.Forms; namespace WindowsFormsApplication7 public partial class Form1 : Form string RxString; 34

35 public Form1() InitializeComponent(); private void buttonstart_click(object sender, EventArgs e) serialport1.portname = "COM9"; serialport1.baudrate = 9600; serialport1.open(); if (serialport1.isopen) buttonstart.enabled = false; buttonstop.enabled = true; private void buttonstop_click(object sender, EventArgs e) if (serialport1.isopen) serialport1.close(); buttonstart.enabled = true; buttonstop.enabled = false; 35

36 private void Form1_FormClosing(object sender, FormClosingEventArgs e) if (serialport1.isopen) serialport1.close(); private void button1_click(object sender, EventArgs e) serialport1.writeline('α'.tostring()); private void button2_click(object sender, EventArgs e) serialport1.writeline('β'.tostring()); private void button3_click(object sender, EventArgs e) serialport1.writeline('γ'.tostring()); private void button6_click(object sender, EventArgs e) serialport1.writeline('δ'.tostring()); private void button5_click(object sender, EventArgs e) serialport1.writeline('ε'.tostring()); 36