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[국내논문] Trinocular Vision System을 이용한 물체 자세정보 인식 향상방안
A Study on the Improvement of Pose Information of Objects by Using Trinocular Vision System 원문보기

한국생산제조학회지 = Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers, v.26 no.2, 2017년, pp.223 - 229  

김종형 (Department of Mechanical System Design Engineering, Seoul National university of Science & Technology) ,  장경재 (Graduate School of Mechanical Design and Robot Engineering, Seoul National university of Science & Technology) ,  권혁동 (Manufacturing Systems and Design Engineering Programme, Seoul National University of Science and Technology)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, robotic bin-picking tasks have drawn considerable attention, because flexibility is required in robotic assembly tasks. Generally, stereo camera systems have been used widely for robotic bin-picking, but these have two limitations: First, computational burden for solving correspondence pro...

주제어

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문제 정의

  • 4로부터 삼각형 POLOR과 삼각형 Ppp′의 닮음관계로부터 카메라와 물체와의 거리 z에 대한 식을 식 (3)과 같이 나타낼 수 있다. 본 논문에서는 랜드 마크의 모서리, 또는 점까지의 거리를 측정하여, 3차원 CAD 모델과 정합하고자 한다.
  • 본 논문에서는 로봇 빈-피킹 작업을 위한, 고정형 스테레오 비젼 시스템과 로봇 팔에 장착된 핸드-아이 카메라를 합친 트리나큘라 비젼 시스템을 제안하였다.
  • 본 논문에서는 빈-피킹에 대한 실용화를 위하여, 기존의 넓은 시야를 가지는 고정형 스테레오 비전 시스템에 로봇 팔에 장착된 한 개의 핸드-아이 카메라를 추가하여 로봇 팔이 물체를 잡을 때에 정밀도를 향상 시키는 방법을 제안하였다.
  • 대응 문제(corresponding problem)와 물체 인식은 스테레오 비젼 시스템에서의 가장 시간이 많이 걸리고 어려운 문제이다. 본 논문에서는 이러한 문제를 극복하고 실용적 활용을 위하여 물체의 CAD 모델과 랜드 마크를 도입하였다. 스테레오 비젼 시스템에서 먼저 랜드 마크를 스테레오 비젼 시스템에서 먼저 랜드 마크를 인식하고, 거리 및 특징점들을 기반으로 CAD 모델을 정합시켜 대상 물체를 인식하도록 하였다.
  • 5에 나타내었다. 우선 마커가 부착된 물체의 엣지(edge)를 검출하고 3D 자세(pose)정보를 획득하는 것이 목적이다. 이때 프로그램에 사용된 영상처리 알고리즘은 카메라의 위치 및 방향을 알아낼 때 사용하는 함수(solvePnP)와 3차원 회전변환을 표현하는 한 방법인 Rodrigues’s rotation formula 등을 사용하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
빈-피킹이란 무엇인가? 비정형화된 환경 하에서의 로봇작업의 대표적인 응용예로 빈-피킹(bin-picking)을 들 수 있다. 이는 이웃하는 물체가 서로 겹쳐져 있고 물체들이 무작위로 쌓인 형태일 때, 한 개의 물체 영역을 찾고 물체가 놓인 자세 각도를 추정하는 방법이다. 빈 피킹을 통해 비주얼 서보잉(visual servoing)[1]을 수행할 때, 물체의 위치 및 자세정보가 요구된다[2].
대응 문제(corresponding problem)와 물체 인식 문제를 해결하기 위해 무엇을 도입하였는가? 대응 문제(corresponding problem)와 물체 인식은 스테레오 비젼 시스템에서의 가장 시간이 많이 걸리고 어려운 문제이다. 본 논문에서는 이러한 문제를 극복하고 실용적 활용을 위하여 물체의 CAD 모델과 랜드 마크를 도입하였다. 스테레오 비젼 시스템에서 먼저 랜드 마크를 스테레오 비젼 시스템에서 먼저 랜드 마크를 인식하고, 거리 및 특징점들을 기반으로 CAD 모델을 정합시켜 대상 물체를 인식하도록 하였다.
빈-피킹 방법으로 제안된 것에는 어떤것들이 있는가? 기존의 빈-피킹 방식에서는 스테레오 비전(stereo vision)[3-6]이나 3차원 시각 센서 혹은 레이저 센서를 이용하여 물체의 위치를 찾고 카메라로부터의 거리 정보를 획득하여 물체 영역을 분할하고 물체의 자세를 추정하였다. 빈-피킹 방법으로 물체에 라벨을 부착하여 라벨인식을 통해 물체의 3차원 자세를 추출하는 방법[7], 피킹(picking)할 물체에 대하여 CAD 모델을 만들어 둘을 비교하여 물체의 회전 각도를 추출하는 방법[8,9], 빛을 반사하는 물체에 대하여 여러 각에서 빛을 쏘아 캡쳐된 이미지에 대하여 6D 자세 추정을 위하여 데이터 구동방식 알고리즘을 적용하는 방법[10] 등 여러 가지 방법들이 제안되었다. 하지만 기존에 개발된 빈-피킹기술은 낮은 인식 성능과 신뢰도로 인하여 현장 기술로 적용되기 어려운 실정이므로 현장에 적용 가능한 실용적 빈-피킹 방법에 대한 기술 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
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참고문헌 (11)

  1. Zhao, Y., Xie, W. F., Liu, S., 2013, Image-based Visual Servoing using Improved Image Moments in 6-DOF robot Systems, IJCAS, 11:3 586-596. 

  2. Mohebbi, A., Keshmiri, M., Xie, W. F., 2014, An Acceleration Command Approach to Robotic Stereo Image-based Visual Servoing, The International Federation of Automatic Control, 47:3 7239-7245. 

  3. Oh, J. K., Lee, S. H., Lee, C. H., 2012, Stereo Vision Based Automation for a Bin-Picking Solution, International Journal of Control, Automation, and System, 10:2 362-373. 

  4. Hema, C. R., Paulraj, M. P., Nagarajan, R., Sazali Y., 2006, Object Localization using Stereo Sensors for Adept SCARA robot, 2016 IEEE Conference on Robotics, Automation and Mechanics, 1-5. 

  5. Kim, K. K., Kim, J. B., Kang, S. S., Kim, J. H., Lee, J. Y., 2012, Vision-Based Bin Picking System for Industrial Robotics Applications, International Conference on Ubiquitous Robots and Ambient Intelligence(URAI), 515-516. 

  6. Sumi, Y., Ishiyama, Y., Tomita, F., 2007, Robot-vision Architecture for Real-time 6-DOF Object Localization, Computer Vision and Image Understanding, 105:3 218-230. 

  7. Wijenayake, U., Choi, S. I., Park, S. Y., 2016, Stereo Vision-based 3D Pose Estimation of Product Labels for Bin Picking, Journal of Institute of Control, Robotics and Systems, 22:1 8-16. 

  8. Xu, J., Pu, S., Z, G., Zhaff, H., 2012, 3D Pose Estimation for Bin-picking Task using Convex Hull, 2012 IEEE International Conference on Mechatronics and Automation, 1381-1385. 

  9. Pretto, A., Tonello, S., Menegatti, E., 2013, Flexible 3D Localization of Planar Objects for Industrial Bin-picking with Monocamera Vision System, 2013 IEEE International Conference on Automation Science and Engineering, 168-175. 

  10. Rodrigues, J. J., Kim, J. S., Furukawa, M., Xavier, J., Aguiar, P., Kanade, T., 2012, 6D Pose Estimation of Textureless Shiny Objects using Random Ferns for Bin-picking, 2012 IEEE/RSJ IROS, 3334-3341. 

  11. Jo, H., Jin, K-S., Lee, Y-J., Yoon, T-S., 1998, A Study for Distance Measurement using the Stereo Camera and a Laser Pointer, 1998 Institute of Control, Robotics and Systems, 668-671. 

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