Verticality estimation using stabilization of a humanoid head

Abstract

O Projeto Humanóide da Universidade de Aveiro (PHUA) é a base desta dissertação que tem como objetivo estudar a estabilização da cabeça de um robô humanóide para efeitos de equilíbrio. Foram assim desenvolvidas soluções integradas usando o Robot Operating System (ROS). Para estabilizar a cabeça humanóide, foi estimado o vetor da gravidade (verticalidade) usando dados visuais. Para o fazer, duas soluções distintas foram abordadas, ambas baseadas na biblioteca Visual Servoing Platform (ViSP). Depois de estimada a verticalidade, a cabeça humanóide (uma câmara montada numa unidade roll-tilt) foi estabilizada recorrendo a um controlador proporcionalderivativo (PD) de posição para o servomotor responsável pelo ângulo roll e a um controlo PD de velocidade para o servomotor responsável pelo ângulo tilt. Para fazer as experiências, o sistema foi montado num manipulador robótico para permitir repetibilidade e controlo preciso de movimentos. A análise dos resultados das experiências mostra que quer a estimação da verticalidade quer a estabilização da cabeça humanóide foram tarefas realizadas com sucesso. Esta análise permite também concluir que a taxa de aquisição de imagem influencia os resultados, e que a limitada taxa do sistema usado (cerca de 15 imagens por segundo) condicionou um pouco a robustez dos resultados em situações mais exigentes.

The Humanoid Project of the University of Aveiro (PHUA) is the basis of this dissertation, whose purpose is to study the effects of the stabilization of a humanoid head in obtaining its equilibrium. Therefore, integrated solutions using the Robot Operating System (ROS) were developed. To stabilize the humanoid head, the gravity vector (verticality) was estimated using visual data. In order to do so, two distinct solutions were approached, both based on the Visual Servoing Platform (ViSP) library. After estimating verticality, the humanoid head (a camera mounted on a roll-tilt unit) was stabilized using a proportional-derivative (PD) controller for the position of the servo responsible for the roll angle and a PD controller for the velocity of the servomotor responsible for the tilt angle. To perform the experiments, the system was mounted on a robotic manipulator to allow repeatability and precise movement control. An analysis to the experiment results shows that both the verticality estimation and head stabilization tasks were performed successfully. This analysis also allows for the conclusion that the image frame rate influences results, and that the limited frame rate of the system used (about 15 frames per second) slightly conditioned the robustness of results in more demanding scenarios.