Επεξεργασία εικόνας με μηχανική μάθηση για τον έλεγχο ρομποτικού βραχίονα κατά τη ραφή υφασμάτων με καμπύλες τροχιές
Η παρούσα εργασία ασχολείται με το πρόβλημα της αυτοματοποίησης της διαδικασίας ραφής ενός υφάσματος με χρήση ενός ρομποτικού βραχίονα. Στο πλαίσιο της συγκεκριμένης διπλωματικής εργασίας αναπτύχθηκε σύστημα το οποίο εκτελέι την διαδικασία ραφής χρησιμοποιώντας δύο κοινές κάμερες και με χρήση ραπτικ...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Μορφή: | Thesis |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2020
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/12983 |
| id |
nemertes-10889-12983 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Ρομποτική Ρομποτικός βραχίονας Μηχανική όραση Μηχανική μάθηση Νευρωνικά δίκτυα Αυτόματος έλεγχος Εύκαμπτα υλικά Ραφή υφασμάτων Robotics Robotic arm Computer vision Machine learning Neural networks Automatic control PID controllers Deformable objects Fabrics Sewing process |
| spellingShingle |
Ρομποτική Ρομποτικός βραχίονας Μηχανική όραση Μηχανική μάθηση Νευρωνικά δίκτυα Αυτόματος έλεγχος Εύκαμπτα υλικά Ραφή υφασμάτων Robotics Robotic arm Computer vision Machine learning Neural networks Automatic control PID controllers Deformable objects Fabrics Sewing process Ανατολιωτάκης, Νικόλαος Επεξεργασία εικόνας με μηχανική μάθηση για τον έλεγχο ρομποτικού βραχίονα κατά τη ραφή υφασμάτων με καμπύλες τροχιές |
| description |
Η παρούσα εργασία ασχολείται με το πρόβλημα της αυτοματοποίησης της διαδικασίας ραφής ενός υφάσματος με χρήση ενός ρομποτικού βραχίονα. Στο πλαίσιο της συγκεκριμένης διπλωματικής εργασίας αναπτύχθηκε σύστημα το οποίο εκτελέι την διαδικασία ραφής χρησιμοποιώντας δύο κοινές κάμερες και με χρήση ραπτικής μηχανής βιομηχανικού τύπου, στην οποία δεν έγινε κάποια επιπρόσθετη παρέμβαση. Η διαδικασία που αναπτύχθηκε μπορεί να χωριστεί σε τρία μέρη. Σε πρώτο στάδιο, με χρήση τεχνικών μηχανικής όρασης το σύστημα είναι σε θέση να αναγνωρίσει το σχήμα του υφάσματος και να εξάγει το περίγραμμα του. Επιπροσθέτως, εξάγει πληροφορίες σχετικά με τη θέση και τον προσανατολισμό του, ενώ παράγει και τη τροχιά της ραφής με την επιθυμητή απόσταση από το περίγραμμα του υφάσματος, η οποία ορίζεται από το πατρόν που συνοδεύει το ύφασμα. Στο δεύτερο μέρος εισάγεται η εμπειρία ενός χρήστη στο σύστημα. Συγκεκριμένα με χρήση κατάλληλου νευρωνικού δικτύου, που σχεδιάστηκε και εκπαιδεύθηκε στα πλαίσια της συγκεκριμένης εργασίας, ο ρομποτικός βραχίονας επιλέγει το σημείο από το οποίο θα πιάσει το ύφασμα για να το μεταφέρει μπροστά από τη βελόνα της ραπτικής μηχανής. Το δίκτυο αυτό εκπαιδεύθηκε με χρήση φωτογραφιών ενός χειριστή κατά την μετακίνηση του υφάσματος. Το τρίτο μέρος ανφέρεται στον αυτόματο έλεγχο και τις κινήσεις που πρέπει να κάνει ο ρομποτικός βραχίονας πριν και κατά τη διάρκεια της ραφής ώστε να επιτευχθεί το επιθυμητό αποτέλεσμα. Για την μετακίνηση και την περιστροφή του υφάσματος κατασκευάσθηκε αλγόριθμος ο οποίος παράγει όλες τις απαραίτητες κινήσεις του ρομπότ, ενώ παράλληλα αναπτύχθηκε και ένας ελεγκτής δύναμης ο οποίος εξασφάλιζε τον σωστό χειρισμό του υφάσματος από τον βραχίονα διατηρώντας σταθερή κάθετη δύναμη μεταξύ του άκρου του ρομπότ και του πάγκου εργασίας. Για την ακολούθηση της επιθυμητής τροχιάς και τη διασφάλιση της ποιότητας ραφής σχεδιάσθηκαν τρεις επιπλέον ελεγκτές. Οι δύο ελεγκτές, βασιζόμενοι σε δεδομένα από κάμερα ακριβώς πάνω από την βελόνα της ραπτικής μηχανής, εξασφαλίζουν τη διατήρηση σταθερής απόστασης από το περίγραμμα του υφάσματος σε όλο το μήκος της ραφής. Παράλληλα με τους προηγούμενους δύο λειτουργεί και ένας τρίτος ελεγκτής ο οποίος ελέγχει τη δύναμη που ασκείται στο ύφασμα, διατηρώντας την σε μία επιθυμητή σταθερή τιμή. Με αυτόν τον τρόπο εξασφαλίζεται η σταθερή τάνυση του υφάσματος μεταξύ της αρπάγης του ρομπότ και της βελόνας της ραπτικής μηχανής σε μία σταθερή τιμή, διασφαλίζοντας έτσι την ποιότητα της ραφής. |
| author2 |
Ασπράγκαθος, Νικόλαος |
| author_facet |
Ασπράγκαθος, Νικόλαος Ανατολιωτάκης, Νικόλαος |
| format |
Thesis |
| author |
Ανατολιωτάκης, Νικόλαος |
| author_sort |
Ανατολιωτάκης, Νικόλαος |
| title |
Επεξεργασία εικόνας με μηχανική μάθηση για τον έλεγχο ρομποτικού βραχίονα κατά τη ραφή υφασμάτων με καμπύλες τροχιές |
| title_short |
Επεξεργασία εικόνας με μηχανική μάθηση για τον έλεγχο ρομποτικού βραχίονα κατά τη ραφή υφασμάτων με καμπύλες τροχιές |
| title_full |
Επεξεργασία εικόνας με μηχανική μάθηση για τον έλεγχο ρομποτικού βραχίονα κατά τη ραφή υφασμάτων με καμπύλες τροχιές |
| title_fullStr |
Επεξεργασία εικόνας με μηχανική μάθηση για τον έλεγχο ρομποτικού βραχίονα κατά τη ραφή υφασμάτων με καμπύλες τροχιές |
| title_full_unstemmed |
Επεξεργασία εικόνας με μηχανική μάθηση για τον έλεγχο ρομποτικού βραχίονα κατά τη ραφή υφασμάτων με καμπύλες τροχιές |
| title_sort |
επεξεργασία εικόνας με μηχανική μάθηση για τον έλεγχο ρομποτικού βραχίονα κατά τη ραφή υφασμάτων με καμπύλες τροχιές |
| publishDate |
2020 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/12983 |
| work_keys_str_mv |
AT anatoliōtakēsnikolaos epexergasiaeikonasmemēchanikēmathēsēgiatonelenchorompotikoubrachionakatatēraphēyphasmatōnmekampylestrochies AT anatoliōtakēsnikolaos robotizedsewingoffabricsusingcomputervisionandmachinelearningtechniques |
| _version_ |
1771297293640663040 |
| spelling |
nemertes-10889-129832022-09-05T20:39:26Z Επεξεργασία εικόνας με μηχανική μάθηση για τον έλεγχο ρομποτικού βραχίονα κατά τη ραφή υφασμάτων με καμπύλες τροχιές Robotized sewing of fabrics using computer vision and machine learning techniques Ανατολιωτάκης, Νικόλαος Ασπράγκαθος, Νικόλαος Δερματάς, Ευάγγελος Anatoliotakis, Nikolaos Ρομποτική Ρομποτικός βραχίονας Μηχανική όραση Μηχανική μάθηση Νευρωνικά δίκτυα Αυτόματος έλεγχος Εύκαμπτα υλικά Ραφή υφασμάτων Robotics Robotic arm Computer vision Machine learning Neural networks Automatic control PID controllers Deformable objects Fabrics Sewing process Η παρούσα εργασία ασχολείται με το πρόβλημα της αυτοματοποίησης της διαδικασίας ραφής ενός υφάσματος με χρήση ενός ρομποτικού βραχίονα. Στο πλαίσιο της συγκεκριμένης διπλωματικής εργασίας αναπτύχθηκε σύστημα το οποίο εκτελέι την διαδικασία ραφής χρησιμοποιώντας δύο κοινές κάμερες και με χρήση ραπτικής μηχανής βιομηχανικού τύπου, στην οποία δεν έγινε κάποια επιπρόσθετη παρέμβαση. Η διαδικασία που αναπτύχθηκε μπορεί να χωριστεί σε τρία μέρη. Σε πρώτο στάδιο, με χρήση τεχνικών μηχανικής όρασης το σύστημα είναι σε θέση να αναγνωρίσει το σχήμα του υφάσματος και να εξάγει το περίγραμμα του. Επιπροσθέτως, εξάγει πληροφορίες σχετικά με τη θέση και τον προσανατολισμό του, ενώ παράγει και τη τροχιά της ραφής με την επιθυμητή απόσταση από το περίγραμμα του υφάσματος, η οποία ορίζεται από το πατρόν που συνοδεύει το ύφασμα. Στο δεύτερο μέρος εισάγεται η εμπειρία ενός χρήστη στο σύστημα. Συγκεκριμένα με χρήση κατάλληλου νευρωνικού δικτύου, που σχεδιάστηκε και εκπαιδεύθηκε στα πλαίσια της συγκεκριμένης εργασίας, ο ρομποτικός βραχίονας επιλέγει το σημείο από το οποίο θα πιάσει το ύφασμα για να το μεταφέρει μπροστά από τη βελόνα της ραπτικής μηχανής. Το δίκτυο αυτό εκπαιδεύθηκε με χρήση φωτογραφιών ενός χειριστή κατά την μετακίνηση του υφάσματος. Το τρίτο μέρος ανφέρεται στον αυτόματο έλεγχο και τις κινήσεις που πρέπει να κάνει ο ρομποτικός βραχίονας πριν και κατά τη διάρκεια της ραφής ώστε να επιτευχθεί το επιθυμητό αποτέλεσμα. Για την μετακίνηση και την περιστροφή του υφάσματος κατασκευάσθηκε αλγόριθμος ο οποίος παράγει όλες τις απαραίτητες κινήσεις του ρομπότ, ενώ παράλληλα αναπτύχθηκε και ένας ελεγκτής δύναμης ο οποίος εξασφάλιζε τον σωστό χειρισμό του υφάσματος από τον βραχίονα διατηρώντας σταθερή κάθετη δύναμη μεταξύ του άκρου του ρομπότ και του πάγκου εργασίας. Για την ακολούθηση της επιθυμητής τροχιάς και τη διασφάλιση της ποιότητας ραφής σχεδιάσθηκαν τρεις επιπλέον ελεγκτές. Οι δύο ελεγκτές, βασιζόμενοι σε δεδομένα από κάμερα ακριβώς πάνω από την βελόνα της ραπτικής μηχανής, εξασφαλίζουν τη διατήρηση σταθερής απόστασης από το περίγραμμα του υφάσματος σε όλο το μήκος της ραφής. Παράλληλα με τους προηγούμενους δύο λειτουργεί και ένας τρίτος ελεγκτής ο οποίος ελέγχει τη δύναμη που ασκείται στο ύφασμα, διατηρώντας την σε μία επιθυμητή σταθερή τιμή. Με αυτόν τον τρόπο εξασφαλίζεται η σταθερή τάνυση του υφάσματος μεταξύ της αρπάγης του ρομπότ και της βελόνας της ραπτικής μηχανής σε μία σταθερή τιμή, διασφαλίζοντας έτσι την ποιότητα της ραφής. In this research a fully automated sewing process is presented. The process which has been developed in the context of this thesis, uses a 4-DoF Scara type robotic arm and a plain industrial sewing machine. The process presented can be divided into three parts. In the first part the user leaves a piece of cloth on the workbench and by using machine vision techniques the system succeeds to identify the cloth’s shape and to generate the desirable sewing trajectory, given the desired distance between the seam and the outline of the cloth. In addition, this process gains information on cloth’s position and orientation. The second part attempts to add the knowledge of an experienced sewing machine user to the whole process, so that it can be applied in different shapes of cloths. For this part a neural network was designed, in order to calculate the ideal point of the cloth by which the robotic arm will grab it in order to move and rotate it. At the end an algorithm is presented which generates a series of moves, so that the cloth can be placed in front of the sewing machine’s needle. During these series of movements, a force controller, which keeps steady force between the robot and the workbench, is been applied, so that the robotic arm applies a desirable pressure to the cloth and manipulate it properly. During the sewing process, three controllers are applied. The two of them are using the output of a camera mounted on top of the sewing machine’s needle, control the correct trajectory of the seam, while the other controller, using the output of a force sensor mounted on robotic arm’s end effector, keeps a steady force between the needle and the end effector of the robotic arm. 2020-01-16T20:40:51Z 2020-01-16T20:40:51Z 2019-10-08 Thesis http://hdl.handle.net/10889/12983 gr 0 application/pdf |
