This thesis analyzes the process of acquisition and reconstruction of trajectories realized by an object freely moved in a 3D space, with the final purpose of automatically generating codes for the replication of its motion by a robotic arm. In particular the stereoscopic technique has been considered in order to acquire the position and the displacement of passive reflective markers placed on the object surface, focusing on the following issues: (i) identification of the best camera positions in order to minimize the uncertainty of 3D location of the markers; (ii) estimation of the number of markers to employ and their relative position with the aim of increasing the accuracy in the object pose reconstruction; (iii) study of different algorithms to reconstruct the position and the orientation of the objects starting from the knowledge of the marker physical positions, pointing out the pros and cons of the different solutions. It has been noticed in some experimental tests that the error in the orientation estimation increases when few markers are occluded or when the object deviates from being frontal to the vision system. Thus, the stereoscopic system has been coupled with a MEMS inertial sensor with integrated conditioning and signal processing. The reduced sensor dimensions allow its positioning directly onto the object to track. The object pose is, then, computed using the informations coming from the vision and the inertial systems.

La tesi analizza il processo di acquisizione e ricostruzione di traiettorie nello spazio in modo da generare automaticamente il codice necessario per la loro esecuzione da parte di un robot. In particolare è stata indagata la tecnica della visione stereoscopica per l’acquisizione della posizione e degli spostamenti di marcatori catarifrangenti passivi studiando i seguenti aspetti: (i) analisi della disposizione delle telecamere con lo scopo di minimizzare l'incertezza con cui viene rilevata la posizione dei marcatori; (ii) valutazione della disposizione e del numero di marcatori solidali all'oggetto dal punto di vista della accuratezza della ricostruzione della posa e dell’orientamento degli stessi; (iii) valutazione di diverse tecniche di ricostruzione della posizione e dell’orientamento dell’oggetto a partire dalla conoscenza della posizione dei singoli marcatori, evidenziando punti di forza e di debolezza delle diverse soluzioni. Verificata sperimentalmente la difficoltà da parte del sistema di ripresa a rilevare accuratamente l'orientamento dell'oggetto sensorizzato in presenza di ampi angoli di deviazione dalla posizione verticale, si è deciso di accoppiare il sistema di visione con un sensore in grado di stimare l'orientamento in modo più accurato rispetto al sistema stereoscopico. Si è così scelto di utilizzare una piattaforma inerziale costruita con tecnologia MEMS dotata di sistema di elaborazione a bordo con dimensioni estremamente contenute in modo da poterlo applicare direttamente sull'oggetto da tracciare. La posa dell'oggetto sensorizzato viene a questo punto ricavata come fusione delle informazioni provenienti dal sistema di visione e dalla piattaforma inerziale.

Analisi del processo di tracciamento di oggetti sensorizzati per la replica del loro movimento da parte di un braccio robotico

CURIONI, LORENZO
2015/2016

Abstract

This thesis analyzes the process of acquisition and reconstruction of trajectories realized by an object freely moved in a 3D space, with the final purpose of automatically generating codes for the replication of its motion by a robotic arm. In particular the stereoscopic technique has been considered in order to acquire the position and the displacement of passive reflective markers placed on the object surface, focusing on the following issues: (i) identification of the best camera positions in order to minimize the uncertainty of 3D location of the markers; (ii) estimation of the number of markers to employ and their relative position with the aim of increasing the accuracy in the object pose reconstruction; (iii) study of different algorithms to reconstruct the position and the orientation of the objects starting from the knowledge of the marker physical positions, pointing out the pros and cons of the different solutions. It has been noticed in some experimental tests that the error in the orientation estimation increases when few markers are occluded or when the object deviates from being frontal to the vision system. Thus, the stereoscopic system has been coupled with a MEMS inertial sensor with integrated conditioning and signal processing. The reduced sensor dimensions allow its positioning directly onto the object to track. The object pose is, then, computed using the informations coming from the vision and the inertial systems.
GIANCOLA, SILVIO
VANDONE, AMBRA
ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
28-lug-2016
2015/2016
La tesi analizza il processo di acquisizione e ricostruzione di traiettorie nello spazio in modo da generare automaticamente il codice necessario per la loro esecuzione da parte di un robot. In particolare è stata indagata la tecnica della visione stereoscopica per l’acquisizione della posizione e degli spostamenti di marcatori catarifrangenti passivi studiando i seguenti aspetti: (i) analisi della disposizione delle telecamere con lo scopo di minimizzare l'incertezza con cui viene rilevata la posizione dei marcatori; (ii) valutazione della disposizione e del numero di marcatori solidali all'oggetto dal punto di vista della accuratezza della ricostruzione della posa e dell’orientamento degli stessi; (iii) valutazione di diverse tecniche di ricostruzione della posizione e dell’orientamento dell’oggetto a partire dalla conoscenza della posizione dei singoli marcatori, evidenziando punti di forza e di debolezza delle diverse soluzioni. Verificata sperimentalmente la difficoltà da parte del sistema di ripresa a rilevare accuratamente l'orientamento dell'oggetto sensorizzato in presenza di ampi angoli di deviazione dalla posizione verticale, si è deciso di accoppiare il sistema di visione con un sensore in grado di stimare l'orientamento in modo più accurato rispetto al sistema stereoscopico. Si è così scelto di utilizzare una piattaforma inerziale costruita con tecnologia MEMS dotata di sistema di elaborazione a bordo con dimensioni estremamente contenute in modo da poterlo applicare direttamente sull'oggetto da tracciare. La posa dell'oggetto sensorizzato viene a questo punto ricavata come fusione delle informazioni provenienti dal sistema di visione e dalla piattaforma inerziale.
Tesi di laurea Magistrale
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