Avanços Recentes em Robótica Guiada por Visão

Man and machine

A utilização de câmeras de vídeo para a realimentação de sinais em sistemas robóticos tem despertado enorme interesse de pesquisadores e engenheiros desde a década de 70. Muito antes disso, porém, filósofos e cientistas, de Aristóteles a Kepler e Helmholtz, já eram fascinados pela visão humana. Provavelmente, esses interesses tenham surgido pela constatação da presença, em todo ser vivo, de algum tipo de mecanismo de percepção baseado em informação luminosa.

Câmeras possuem diversas características que as distinguem das outras modalidades sensoriais, tornando-as mais apropriadas em inúmeras aplicações. Mais pragmaticamente, o fato delas constituírem dispositivos simples, em estado sólido, passivos e de não contato, bastante confiáveis, com abrangência multiespectral, amplo campo de cobertura e custo reduzido por bit de dado, fornece fortes argumentos para sua utilização. Muito embora possuam diversas vantagens, câmeras de vídeo têm sido relativamente pouco exploradas como um tipo de sensor em aplicações reais de controle automático. De fato, apenas recentemente a comunidade de controle tem observado que as dificuldades relacionadas com sensores de visão são bastante diferentes das encontradas quando se utiliza outros sensores.

Sistemas robóticos guiados por visão requerem a capacidade de extrair informações relevantes das imagens e a implementação de algoritmos simples o suficiente para operarem em tempo real, mas capazes de tratar os inevitáveis ruídos de medição e os erros de modelamento. A crescente disponibilidade de recursos computacionais de alto desempenho, aliada aos resultados de muitos projetos de pesquisa em visão computacional e teoria de controle, permite-nos considerar a inclusão destes sensores em malhas fechadas de controle efetivas.

Aplicações atuais concretas de robôs guiados por visão podem ser encontradas em automação industrial, inspeção robótica, intervenções cirúrgicas, veículos autônomos, monitoramento ambiental, aplicações militares, dentre várias outras áreas da robótica. Em grande medida, o sucesso e a aceitação definitivos desses sistemas robóticos devem-se aos avanços científicos mais recentes. Com efeito, a utilização da visão computacional em robótica tem sido uma área de pesquisa e desenvolvimento proeminente.

Certamente, um dos avanços recentes de maior impacto prático na área consiste no nível de tolerância a variações de luminosidade que os novos sistemas conseguem atingir. Antes, eram necessários aparatos especiais e/ou algoritmos dedicados para cada condição específica de operação dos robôs guiados por visão. Em verdade, pesquisas recentes demonstram que é possível atingir robustez a variações arbitrárias de iluminação. Isto significa que os algoritmos atuais podem operar independentemente das mudanças de intensidade, cor, número e tipo das fontes de luz, bem como das propriedades de refletância e do formato dos objetos observados. Portanto, um dos maiores entraves à aplicação extensiva desses sistemas, ou seja, a variação de iluminação, é atualmente considerado como problema solucionado.

Outro avanço recente relevante para os sistemas guiados por visão consiste no nível de tolerância a erros de calibração de câmera que os novos sistemas conseguem atingir. No passado, esses sistemas exigiam câmeras precisamente calibradas, seja do ponto de vista dos seus parâmetros intrínsecos (distância focal e ponto principal, por exemplo) bem como dos parâmetros extrínsecos (deslocamento relativo entre a câmera e partes do sistema). Atualmente, os sistemas baseados em visão apresentam excepcional robustez a ambos erros de calibração de câmera. Essa nova característica resulta em muito menos intervenções e paradas do sistema robótico, com um aumento substancial em sua produtividade e versatilidade.

Aliado aos supracitados avanços recentes de pesquisa, os sistemas robóticos baseados em visão têm atingido níveis inimagináveis de precisão, ou mais tecnicamente, de repetibilidade. Atualmente, esses níveis são equiparados, isto é, dependentes, aos próprios níveis de repetibilidade do robô. Por exemplo, robôs industriais de seis eixos com uma webcam convencional montada na extremidade deles conseguem atingir posicionamentos com repetibilidade submilimétrica e de subminuto de arco, isto é, os próprios níveis desses robôs. Ressalta-se, ainda, que estes níveis são hoje atingidos em altíssima velocidade e aceleração. A robótica guiada por visão é uma realidade, e veio para ficar.

 

Este artigo foi escrito por Geraldo Silveira, doutor em visão computacional e controle de robôs pela École Nationale Supérieure des Mines de Paris. Parceiro da Stäubli, Geraldo é da Divisão de Robótica e Visão Computacional do Centro de Tecnologia da Informação Renato Archer.

 

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