Demonstraatio interaktiivisesta älykamerajärjestelmästä

Abstract

Opinnäytetyön tarkoituksena oli rakentaa interaktiivinen konenäköjärjestelmä, jossa käytettäisiin hyväksi älykameraa ja servomoottoreita. Valmiin järjestelmän tarkoitus oli demonstroida älykamerakuvaamiseen perustuvaa, servomoottoreilla toteutettavaa liikkeenohjausta tasolla, jolla älykameran seuraamaa kuulaa liikutetaan.

Työn pohjana käytettiin puista labyrinttipeliä, johon suunniteltiin tasojen mekaaninen toiminta uudelleen servomoottoreita ajatellen. Tämä vaati mekaanista suunnittelua ja osien piirtämistä 3d-tulostusta varten. Kaikkien osien oli toimittava saumattomasti keskenään mahdollisimman tarkan ja kestävän lopputuloksen saavuttamiseksi.

Pohjan oltua kunnossa voitiin siirtyä suunnittelemaan konenäköjärjestelmää. Työssä käytettiin älykameraa ja siihen sopivaa optiikkaa. Kameraksi valittiin Cognex In-sight 5605, joten ohjelmistoksi määrittyi Cognex In-sight Explorer, jolla Cognexin älykamerat ohjelmoidaan. Valaistukseksi todettiin sopivan laboratorion loisteputket. Tämän jälkeen luotiin ohjelma, joka tutki metallisen kuulan asemaa suhteessa kohdeasemaan. Luotiin myös käyttöliittymä, jonka avulla käyttäjä voi itse määrittää kohdeaseman.

Konenäön analysointiohjelmisto lähetti sijaintitiedot servo-ohjaimeksi valitulle Arduino-mikrokontrollerille. Arduinoon taas ohjelmoitiin PID-algoritmi, joka laski asennot, joihin servomoottorit tuli ajaa kohdeaseman saavuttamiseksi.

Valmiissa järjestelmässä käyttäjä voi tietokoneella olevan käyttöliittymän avulla määrittää sijainnin, johon hän haluaa kuulan liikkuvan. Kuulan liikkuessa älykamera kertoo kuulan sijainnin suhteessa kohdepisteeseen ja lähettää tiedon servomoottoreita ohjaavalle virtapiirille, joka taas ohjaa labyrintin tasoja kallistavia servomoottoreita. Servomoottoreille lasketaan jokaisessa tilanteessa sopivin asento, jotta kuula saavuttaisi kohdepisteensä tasolla.

The purpose of this thesis was to build an interactive machine vision system, which takes advantage of a smart camera and servomotors. The finished system demonstrates the smart camera based motion control with the servomotors.

The backbone of the system was a wooden labyrinth game, which was planned to work with the servomotors. This required a mechanical design and part drawing for the 3D printing. In order to achieve precise and long-lasting outcome all the parts had to work seamlessly together.

After the layout was ready it was possible to design a machine vision system. The system uses a smart camera and an appropriate optics. smart camera and the appropriate optics. The camera was Cognex In-Sight 5605 so the software was determined to be Cognex In-Sight Explorer, which is used to program Cognex smart cameras. The lighting from the fluorescent lamps was considered to be suitable. After that the program was created. The program examined the position of the metallic ball relative to the target position. Also an interface, which allowed the user to determine the target position, was created.

The created program sent the location information to Arduino, which was selected to control the servomotors. With the help of the PID-algorithm, the program in Arduino calculated the positions for the servomotors, so the metallic ball could achieve the target position.

In the finished system, the user decides the target location of the ball with the interface installed on the computer. When the ball is in motion the smart camera sends the location of the ball and the target location to the servo controller. Then the servomotors rotate the levels. Servomotors are calculated in each case the most suitable position to allow the ball to reach the target location.