物体情報の取得とデータ処理

サンプルプログラムをダウンロード・コンパイル・実行してください.

このプログラムでは,一つの物体の位置へアームを移動させ,物体を把持し,その重量を計測します.

物体の見た目の情報(位置,色,半径)は天井の視覚センサ(カメラ)で,物体の重量はグリッパの力覚センサで計測できると仮定します.

ただし,簡単化のため,カメラ画像処理は省いており,物体番号を渡すとその位置,色,または,半径を返す関数が用意されています.

まずは,その物体情報を格納するObject構造体を定義しましょう.

typedef struct{
     int index;
     Position position;
     ColorRGB color;
     double radius;
     double weight;
} Object;

indexは物体の番号を表すものとします.

get_object_position関数を用いて,1番目の物体の位置情報を取得できます.

Position temp;
temp = get_object_position(0);

ここで,関数の引数0は1番目の物体を意味します.

同様にして,色,半径,重量は以下で取得できます.

object.color = get_object_color_rgb(0);
object.radius = get_object_radius(0);
object.weight = get_object_weight(0);

ただし,これらのセンサ値にはノイズが含まれています.

例えば,誤差の大きな位置をアームの目標位置としてしまうと,その後の把持動作に失敗してしまいます.

このノイズを除去するために,MEASUREMENT_STEP回センサ値を取得して,データを平均化しています.

まず,位置を初期化します.

object.position.x = 0;

ループ中で,MEASUREMENT_STEP回,センサデータを加算します.

object.position.x += temp.x

そして,MEASUREMENT_STEP + 1回目のループで,それを計測回で除算することで,比較的正確な平均値を得ます.

object.position.x /=  MEASUREMENT_STEP;

y軸方向も同様です.

把持動作と重量情報の取得

MEASUREMENT_STEP + 2回目以降のループでは,取得した位置情報を元に,その物体の重量を計測します.

この処理は煩雑になるため,また,後で繰り返し使えるように,

approach_and_weight(object.position, get_arm_state(), get_gripper_state());

に関数化しています.

この関数には,アームとグリッパの状態も渡しています.

まず,アームが動いているときに指令を与えてもアームの動作の邪魔になるだけなので,

if(arm_state != ARM_STATE_STOP) return;

の条件をつけて,以降の処理をアームが止まっているときに限ります.

次に,この関数ではアームは移動,把持,重量測定と解放の三つの動作をする必要があるので,その三つの場合に分けます.

現在,どの処理段階にあるのかはtask_stateに書いておきます.

はじめ,

TaskState task_state = APPROACH;

であるので,

set_command_move_arm_to(object.position);

で,物体位置までアームを移動させます.

そして,PICKUPでは,

set_command_pick_up_object();

で物体を把持します.

最後に,RELEASEでは重量を測定して,と行きたいところですが,上記の把持動作は失敗することがあります.

グリッパの状態を確認して,物体を把持していなければ,再試行します.

if(gripper_state == GRIPPER_STATE_EMPTY){
     task_state = PICKUP;
}

把持していれば,重量を測定して,物体を離します.

if(gripper_state == GRIPPER_STATE_HOLDING){
     weight = get_hold_object_weight();
     set_command_release_object();
     task_state = STOP;
     return(weight);
}

STOPの処理には何も書いてありませんので,ロボットは停止します.

練習

5個すべての物体の重量を計測・表示するプログラムを作成してください.

ただし,重量のセンサ値はガウスノイズを含んでいるので,ノイズ除去をしてください.

ヒント

approach_and_weight関数が重量を返したときに,次の物体の処理へ進めましょう.

課題

N個すべての物体の位置・重量・色・半径をファイル出力するプログラムを作成してください.

各センサ値はガウスノイズを含んでいるので,ノイズ除去後の値をtxtファイルやcsvファイルなどに書き出してください.

物体数Nはプログラム実行後にキーボード入力します.

適宜コメントを入れたり,関数化したりして,他人にもわかりやすいプログラムになるように心がけてください.全くコメントのないものは減点します.

発展課題1

上記の課題中のアームの軌道をグラフ化してください.

アームの位置の取得には,関数

get_arm_position()

を用います.

グラフ描画ツールには例えば,gnuplot,R,python,Microsoft Excel,OpenOffice? Calcがあります.

発展課題2

最短で移動を終了させるためにはどのようにすればよいか考え,可能ならばプログラムを作成してください.

この課題はセールスマン巡回問題と関連し,難問ですので,後回しでもよいです.

提出物

提出物一式を入れるフォルダの名前は学生番号にしてください.

提出日

次回の授業中に,提出プログラムが正しく実行できていることをTAが直接確認します.

その授業日24:00までにCLEで提出物を提出してください.


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