Posudek diplomov´ e pr´ ace
N´ azev: Automatic Self-Calibration from Self-Observation and Self-Touch on a Dual-Arm Industrial Manipulator
Autor: Frantiˇsek Puciow
Vedouc´ı: Mgr. Matˇ ej Hoffmann, Ph.D.
Obsah a dosaˇ zen´ e v´ ysledky
C´ılem pr´ace bylo vyvinout a otestovat metodu kinematick´e kalibrace (tj. nalezen´ı parametr˚u kinema- tick´ych ˇretˇezc˚u) dvojice manipul´ator˚u na spoleˇcn´e z´akladnˇe, a to na z´akladˇe pozorov´an´ı koncov´ych ˇcl´ank˚u manipul´ator˚u kamerami a kinematick´eho omezen´ı koncov´ych ˇcl´ank˚u pˇri jejich dotyku.
Veden zad´an´ım, student k c´ıli postupoval v nˇekolik kroc´ıch: pˇripevnˇen´ı dvou kamer na spoleˇcnou z´akladnu a jejich kalibrace, v´yvoj a v´yroba speci´aln´ıho koncov´eho ˇcl´anku s referenˇcn´ımi terˇc´ıky vhodn´eho pro dotyk, v´yvoj algoritmu na bezpeˇcn´y dotyk (jedin´a povolen´a kolize mus´ı b´yt dotyk koncov´ych ˇcl´ank˚u), matematick´y popis z´uˇcastnˇen´ych kinematick´ych ˇretˇezc˚u (dva manipul´atory, dvˇe kamery) pomoc´ı D-H parametr˚u, matematick´a formalizace ´ulohy kalibrace, sn´ım´an´ı dat, v´ypoˇcet kalibrace z tˇechto dat a zhod- nocen´ı v´ysledk˚u.
Metodˇe kalibrace jsem porozumˇel takto. Hled´ame takov´e parametry kinematick´ych ˇretˇezc˚u, kter´e mi- nimalizuj´ı souˇcet ˇctverc˚u reprojekˇcn´ıch chyb (rozd´ıl mezi spoˇcten´ymi a skuteˇcn´ymi polohami kalibraˇcn´ıch terˇc´ık˚u v kamer´ach, mˇeˇreno v pixelech) a dotykov´ych chyb (rozd´ıl mezi spoˇcten´ymi a skuteˇcn´ymi vzd´alenostmi referenˇcn´ıch bod˚u koncov´ych ˇcl´ank˚u pˇri jejich dotyku, mˇeˇreno v milimetrech). Protoˇze obˇe chyby se mˇeˇr´ı v jin´ych jednotk´ach, dotykov´e chyby jsou n´asobeny pevn´ym koeficientem. Pro optimalizaci je pouˇzita Levenberg-Marquardtova metoda. Kvalita kalibrace se hodnot´ı dosaˇzen´ym RMS reprojekˇcn´ıch a doty- kov´ych chyb na tr´enovac´ı a testovac´ı mnoˇzinˇe (z´ıskan´ych rozdˇelen´ım namˇeˇren´ych dat na dvˇe ˇc´asti).
Kalibrace se prov´adˇej´ı a hodnot´ı v mnoha r˚uzn´ych sc´en´aˇr´ıch. Pouˇz´ıvaj´ı se r˚uzn´e podmnoˇziny ˇctyˇr pˇr´ıtomn´ych kinematick´ych ˇretˇezc˚u (napˇr. lev´a ruka + prav´a kamera nebo obˇe ruce + prav´a kamera), s dotykem ˇci bez dotyku. Optimalizuje se pˇres r˚uzn´e podmnoˇziny parametr˚u. Optimalizace se inicializuje nomin´aln´ımi (= tov´arn´ımi) parametry s r˚uznˇe velkou perturbac´ı. D´ale se prov´ad´ı tzv. sekvenˇcn´ı kalibrace, kdy se kalibrace mnoˇziny ˇretˇezc˚u inicializuje v´ysledkem kalibrace menˇs´ı mnoˇziny ˇretˇezc˚u.
Namˇeˇren´e v´ysledky ukazuj´ı, ˇze:
• Kalibrace je typicky pˇresnˇejˇs´ı pˇri zahrnut´ı v´ıce ˇretˇezc˚u a v´ıce parametr˚u. Nejlepˇs´ı kalibrace dosahuje RMS reprojekˇcn´ıch chyb cca 18 pixel˚u (pro 14 Mpx kameru) a RMS dotykov´ych chyb cca 3.7 mm.
• Pouˇzit´ı dotyku kalibraci v´yraznˇe nezlepˇsilo. Student to pˇriˇc´ıt´a skuteˇcnosti, ˇze v optimalizaˇcn´ım krit´eriu byla relativn´ı v´aha reprojekˇcn´ıch chyb terˇc´ık˚u vˇetˇs´ı neˇz relativn´ı v´aha chyb dotyku.
• Dle Tabulky 6.9 jsou dotykov´e chyby v´yraznˇe menˇs´ı (cca 1.7 mm) pro nomin´aln´ı kalibraˇcn´ı para- metry manipul´ator˚u (kalibrovala se pouze kamera a pˇridan´y koncov´y ˇcl´anek) neˇz pro parametry nalezen´e kalibrac´ı.
Druh´e a tˇret´ı pozorov´an´ı ukazuj´ı, ˇze metoda m´a nedostatky. Je ˇskoda, ˇze student uˇz nestihl tyto nedo- statky odstranit a pˇr´ıpadnˇe tak dos´ahnout lepˇs´ı kalibrace.
Text
Srozumitelnost textu je dobr´a, ne vˇsak ide´aln´ı. Nebylo pro mne snadn´e pochopit, co pˇresnˇe bylo c´ılem pr´ace, jak´a byla formulace kalibraˇcn´ı metody a jak interpretovat v´ysledky. Pˇr´ıklady:
• Uvod nepopisuje c´ıle pr´´ ace dost jasnˇe. Napˇr. kl´ıˇcov´y pojem kinematick´e kalibrace je v§1.2 definov´an nejasnˇe a ne zcela spr´avnˇe (pˇritom ho lze naj´ıt v mnoha ˇcl´anc´ıch, napˇr. [Elata et al: An Overview of Robot Calibration]).
• Znaˇcen´ı nen´ı ´uplnˇe dobˇre promyˇslen´e. Nˇekdy se pouˇz´ıv´a znaˇcen´ı dˇr´ıve nedefinovan´e (napˇr. aturn3, dcam1atd. v Tabulce 6.2). Podstata vˇec´ı nˇekdy zanik´a v pˇrem´ıˇre symbol˚u.
1
• Odstavce nejsou vˇzdy jasnˇe motivov´any.
• Protoˇze jsou oba manipul´atory a obˇe kamery pevnˇe spojeny s rotaˇcn´ım stolkem, otoˇcen´ı stolku je nepozorovateln´e a stolek by se v modelu v˚ubec nemusel vyskytovat.
• Z popisu v§6.4 pˇresnˇe nerozum´ım Tabulce 6.9. Napˇr. pro zmˇeˇren´ı dotykov´ych chyb pˇrece nepotˇrebuji kalibrovat kamery.
Text je ps´an dobrou angliˇctinou. Je vys´azen v LATEXu bez vˇetˇs´ıch typografick´ych chyb – kromˇe toho, ˇ
ze mezi odstavci jsou nelogicky velk´e mezery.
Hodnocen´ı
C´ıle pr´ace byly splnˇeny. Student se postavil k pr´aci odpovˇednˇe a vloˇzil do n´ı velmi mnoho ˇcasu a ´usil´ı.
Vˇeˇr´ım, ˇze d´ıky t´eto peˇclivosti budou vytvoˇren´e n´astroje budou snadno vyuˇziteln´e i jin´ymi v´yzkumn´ıky pracuj´ıc´ımi na tomto robotu.
Na druhou stranu, metodika a text maj´ı slabiny. Je ˇskoda, ˇze investovan´y ˇcas a n´amahu se nepodaˇrilo zcela z´uroˇcit ve v´ysledc´ıch a v pˇrehlednosti textu.
Z tˇechto d˚uvod˚u hodnot´ım pr´aci zn´amkou B (velmi dobˇre).
Ot´ azky k obhajobˇ e
1. Je diskutabiln´ı pˇri kalibraci minimalizovat reprojekˇcn´ı chybu v kamer´ach. Vˇzdyt’ pˇreci pˇri pouˇzit´ı manipul´atoru napˇr. ve v´yrobˇe potˇrebujeme minimalizovat chybu polohy (translace + rotace) kon- cov´eho ˇcl´anku. Nebylo by tedy l´epe minimalizovat pˇr´ımo tuto chybu, pˇriˇcemˇz polohy koncov´ych ˇ
cl´ank˚u by se mˇeˇrily napˇr. pevnˇe kalibrovan´ymi kamerami? Pros´ım komentujte.
2. Pouˇzit´ı kamer m´a nev´yhodu v tom, ˇze se spol´eh´ame na jejich kalibraci. Bylo by moˇzn´e prov´adˇet kalibraci manipul´ator˚u jen na z´akladˇe dotykov´ych chyb? Pokud ne, tak proˇc?
3. V pr´aci nikde neuv´ad´ıte D-H parametry nalezen´e kalibrac´ı. Je-li to moˇzn´e, uved’te pros´ım tyto parametry, porovnejte je s nomin´aln´ımi parametry a okomentujte.
4. Z Tabulky 6.9 (ˇr´adky 5-6) se zd´a, ˇze nomin´aln´ı kalibrace je lepˇs´ı neˇz kalibrace dosaˇzen´a navrˇzenou metodou. To naznaˇcuje, ˇze kalibraˇcn´ı metoda pˇresnost manipul´ator˚u zhorˇsila. Pros´ım komentujte.
Tom´aˇs Werner 19. ˇcervna 2018
2
