Sistem za kontrolu kretanja pomoću

optical flow-aNikola Milenić

U skorije vreme, sve se više razvijaju i koriste razna bespilotna vozila. Za takva vozila, posebno za male bespilotne letelice, od velikog je značaja da se dimenzije i težina minimizuju. To značajno ograničava raspoloživu procesorsku moć, kao i količinu senzora koji mogu da se koriste. Jedno od rešenja za taj problem je upotreba optical flow-a za snalaženje u prostoru. Optical flow je relativno kretanje kamere i posmatranog objekta. Za njegovo merenje je dovoljna kamera niske rezolucije, kao što je optički senzor za miš, koji ima male dimenzije i masu u odnosu na senzore kao što su laserski ili radarski daljinomer. Takav senzor ne detektuje koliko rastojanje nego koliki deo ekrana je objekat prešao, tako da vraća manje vrednosti za isti pomeraj ukoliko je posmatrani objekat udaljeniji, pa se pomoću jednog optical flow senzora ne može dobiti relativna brzina objekta u odnosu na senzor, već samo odnos te brzine i udaljenosti. Slika 1 ilustruje princip rada optical flow senzora koji iz kvadkoptera gleda ka zemlji.

Slika 1

Problem kojim ću se ja baviti je realizacija sistema za kontrolu kretanja PICA robota pomoću optical flow senzora. Taj sistem bi trebalo da omogući PICA robotu da se kreće duž prave linije, što bez nekog sistema za kontrolu kretanja nije u stanju da uradi zbog izuzetno nejednakog pogona na gusenicama. Takođe, trebalo bi da bude u stanju da detektuje i izbegava prepreke.

Slika 2

Robot će imati dva optical flow senzora, jedan na prednjem i jedan na zadnjem kraju, koji će biti nagnuti ka podlozi (Slika 2). Kako je udaljenost senzora od podloge nepromenjiva, moguće je iz njihovih očitavanja izvesti pomeraj senzora u odnosu na podlogu.

Senzor je postavljen na visini h i ugao između pravca u kom "gleda" i vertikale je α. Posmatrajmo slučaj u kom se robot pomeri za neko Δx, mnogo manje od h, odnosno podloga se pomeri za Δx u odnosu na robota. Na podlozi se posmatra proizvoljna tačka koja tokom celog pomeranja ostaje blizu centra vidnog polja senzora (Slika 3). Ugao vidnog polja senzora je Θ. Senzor registruje da je veličina dela vidnog polja koji je tačka prešla duž x ose, odnosno duž pravca kretanja robota jednak d. Onda se, pod pretpostavkom da je vidno polje senzora malo,

može smatrati da je: Δx=Θdhcos2α .

Slika 3

Kako senzori gledaju duž istog pravca a u suprotnim smerovima, ukoliko robot pred sobom nema prapreku, očitavanja sa senzora će biti približno jednaka, samo suprotnog znaka. Pomeraj duž x ose (duž pravca u kom robot gleda) će u tom slučaju biti brzina robota. Pomeraj duž y je srazmeran odstupanju putanje od pravolinijskog kretanja, i na osnovu njega ću da upravljam kretanjem robota, tako da on prati pravu liniju. Ukoliko dođe do veće razlike u očitavanjima sa senzora, robot je naišao na prepreku. U tom slučaju, dodavanjem očitavanja zadnjeg na očitavanja prednjeg senzora može da se eliminiše optical flow prouzrokovan kretanjem robota, i ostaje samo optical flow prouzrokovan prisustvom prepreke. Na osnovu njega se može odrediti na koju stranu je najbolje skrenuti da bi se prepreka izbegla. Meriću odstupanje robota od prave putanje, kao i uspešnost izbegavanja prepreka.