Design and vision based control of a mobile manipulator

Abstract

Hareketli bir platform ve üzerine monte edilmiş bir robot koldan oluşan otonom mobil robot bir görüntü sistemi kullanarak bir hedefi bulup takip edebildiği gibi ona kol yardımı ile müdahele etme yeteneğine de sahiptir. Bu fikri takip ederek, çalışmanın ilk aşamasında, bir mobil robot kol tüm alt sistemleri ile birlikte tasarlanıp imal edilmiştir. Bu alt sistemler, mekanik kol ve çift tekerlekli araç düzeneği ve bunların hareketliliğini sağlayacak motorlardan oluşan elektromekanik sistem, bu sistemin kontrolüne olanak sağlayacak gömülü işlemcili kontrolcülerden ve ölçme devrelerinden oluşan elektronik sistem, robotun çalışma alanını gözlemlemeye yarayan çift kameradan oluşan yapay görüş sistemi ve görüntü verilerinin alınıp işlendiği ve kontrol büyüklüklerinin hesaplandığı bilgisayardır. Çalışmanın ikinci aşamasında, görüntü tabanlı kontrol metodları yardımı ile iki farkllı özellikte ki mekanik sistem için iki ayrı kontrol yöntemi geliştirilmiştir. Hareketli platformun doğrusal hızı görüntü verileri işlenerek tahmin edilen hedef uzaklığı kullanılarak, kendi ekseni etrafında dönme hızı ise görüntü üzerinde hesaplanan hata tahmini kulalnılarak kontrol edilmiştir. Robot kol ise dinamik bak ve hareket et yöntemi olarak adlandırılabilecek, görüntü verileri kullanılarak hedefin bulunduğu noktanın tahmin edilmesi ve bu tahmine göre mafsal hareket referanslarının anlık olarak değiştirilmesi yöntemi ile kontrol edilmiştir. Çalışmanın son aşamasında, bu iki sistem hareketi önce ardışık olarak tekrar ettirilerek mobil robot kontrolü için kullanılmış, daha sonra ise sistemin kinematik özellikleri göz önüne alınarak mobil robot kol hareketinin iki alt sistemin beraber çalıştırılarak kontolünü sağlayan bir yöntem geliştirilmiştir. An autonomous mobile manipulator, a wheeled mobile platform carrying a manipulator arm, with a vision based target acquisition system can be able not only to find and maintain fixation on a moving target but also to manipulate or handle it while the system itself is in motion. In this context, a mobile manipulator is designed and constructed with its subsystems: electromechanical, electronics and computer parts. Resultant robotic system consists of differentially driven mobile platform and a planar manipulator with servo controllers and measurement circuits. A calibrated stereo rig is mounted on mobile platform. This vision system is to obtain task space feedback for mobile manipulator control. A computer is integrated to overall setup as a controller which exploits vision system data. Using vision based control methodology, two different control types for mobile platform and manipulator are applied. Mobile platform is controlled with a hybrid visual servo controller. To control instantaneous linear velocity of mobile platform, a position based visual servo algorithm is developed and angular velocity, it pivots, is controlled with image based visual servo control law. Manipulator motion is controlled via dynamic look and move control strategy, in which actuator references updated instantaneously according to acquired target position. Control of the mobile manipulator, first, is done by task sequencing. A task is separated in to two parts: Mobile platform moves till target is placed in manipulator workspace and in proper orientation that gripper (tracking) can hold, afterwards manipulator moves to hold target (handling).The second control strategy developed is focused on redundancy of mobile manipulator and its motion controlled via moving manipulator and mobile platform simultaneously