6 Serbestlik Dereceli Sualtı Aracı ve Manipülatör Sistemi ile Görüntü İşleme Uygulamaları


Creative Commons License

Yılmaz S., Kılcı S. B.

İleri Mühendislik Çalışmaları ve Teknolojileri Dergisi, cilt.1, sa.2, ss.63-79, 2020 (Hakemli Dergi)

Özet

Endüstriyel ve askeri alanlarda, akıllı sistemler ve robotik uygulamaları giderek önem kazanmaktadır. Deniz robotiği ve sualtı araçları üzerine olan araştırmalar, robot kolu ve bunun sualtında bize sağladığı pozitif etkiler üzerine yoğunlaşmaktadır. Örneğin, batık araştırması, çevresel analizler, arkeolojik araştırmalar, sualtında örnek toplama işlemleri, gemi altı incelemesi ve tamiratında sualtı araçları kullanılmaktadır. Bu çalışmada, insanın ulaşamayacağı ya da ulaşmakta güçlük çektiği sualtı işlemlerinde kullanılması amaçlanan sualtı araçları için 2 eksenli robot kol (manipülatör) prototipi tasarlamıştır. Prototip, Rotasyonel-Rotasyonel (RR) hareketi yapmaktadır. 4 serbestlik dereceli bir sualtı aracına entegre edilmiştir ve uçta bulunan kıskaç ile cismi kavrayabilmektedir. Manipülatör hareketi, kavranacak nesneyle uç işlevci arasındaki mesafenin kameradan görsel geri bildirimi aracılığıyla yapılmaktadır. Bunun için gerekli görüntü işleme yazılımı, Raspberry Pi 3 geliştirme kartı üzerinde C Programlama dilinde OpenCV kütüphaneleri kullanılarak hazırlanmıştır. Kameradan alınan görüntü, RGB-HSV dönüşümü ile üzerinde görüntü işleme yapılacak formata dönüştürülmüştür. Aracın kameradan alınan gerçek zamanlı veriler ışığında, verilen bir görevi otonom olarak yerine getirmesi hedeflenmiştir. Arama, bulma ve cisim kavrama süreçleri için uygun algoritmalar hazırlanmıştır. Su üstü testlerinde kameradan alınan gerçek zamanlı görüntü ile renk bilgisine dayalı olarak nesne ve konum tespiti yapılmıştır. Manipülatör, oransal denetim yöntemi ile otomatik olarak ilerleyerek kendinden 20 cm uzaktaki bir nesneyi 20 sn içinde yakalamıştır. Sualtı testlerinde nesne yakalamada sorunlar yaşanmıştır. Ancak hazırlanan sistem altyapısı üzerinde daha uygun kameralar kullanılarak başarımı arttırmak mümkündür.

Robotics applications have been gaining considerable prominence in military and industrial fields. Researches on marine robotics and underwater vehicles focus on the benefits of use of the robot arm and its underwater applications. For instance; underwater vehicles can be used for shipwreck research, environmental analysis, archaeological research, underwater specimen collection and sub-ship inspection. In the study, the 2-axis robot arm (manipulator) prototype has been implemented for underwater vehicles that are intended to be used in underwater operations that people can not  reach or have difficulty in reaching. The prototype performs Rotational-Rotational (RR) movement. It is integrated into a 4 degree of freedom underwater vehicle and can grasp by the gripper end effector located in front of the vehicle. The manipulator movement is fulfilled by visual feedback of the error from the target to be grasped to the end-effector with a camera. The image processing software required for this process has been prepared by using OpenCV libraries in the C programming language on the Raspberry Pi 3 development board. The image taken from the camera has been converted by RGB-HSV conversion into the format on which the image will be processed. The vehicle is aimed to perform an assigned task autonomously refer to real-time data from the camera. Appropriate algorithms have been prepared for searching, discovering and gripping an object. In surface tests, an object and it’s location were determined based on color information with real time image taken from the camera. The manipulator moved automatically with the proportional control method and capture the object 20 cm away from itself within 20 seconds. There have been problems with object capturing during underwater tests. However, it is possible to increase the performance by using more suitable cameras on the prepared system infrastructure.