Bilinmeyen 3B nesnelerin endüstriyel robot kolu ile otonom yüzey modellemesi

Abstract

Günümüzde, gelişen teknolojiyle beraber nesnelerin 3B modellemesi mümkün hale gelmiş; endüstri, medikal, eğlence ve kültürel mirasların korunması gibi geniş uygulama alanlarına yayılmıştır. Bahsedilen bu kullanım alanları, yüksek kalitede ve doğrulukta 3B modellerin elde edilmesi ihtiyacını doğurmuştur. Cisimlerin 3B modellemesinde, cismin yüzeyinden elde edilen derinlik ve/veya renk bilgisi kullanılmaktadır. Bu bilgi, algılayıcılar vasıtasıyla cismin tüm yüzeyinden veri toplanarak sağlanmaktadır. Veri toplama amacıyla, algılayıcının nesne yüzeyi boyunca dolaştırılmasına yüzey tarama denilebilir. Nesne yüzeyinden veri toplama süreci, elle ve otonom olmak üzere iki şekilde gerçekleştirilebilmektedir. Elle tarama, bu alanda tecrübeli ve yetenekli bir personel gerektirmektedir; çünkü karmaşık nesnelerin hangi açılardan taranacağı ve sonraki tarama noktasının ne olacağını belirlemek kolay bir iş değildir. Bu durumda, insan kaynaklı hatalar tamamlanmamış veya yanlış tamamlanmış modellerin elde edilmesine sebep olmakta, taramanın tekrar tekrar yapılması ise zaman kaybına yol açmaktadır. Otonom tarama ise, genellikle en az bir robot kolu ve algılayıcıdan oluşan bir sistem kullanılarak sonraki en iyi bakışın (Next Best View - NBV) hesaplanmasıyla yapılmaktadır. Bu tez çalışması kapsamında; endüstriyel robot kolu, lazer profil algılayıcı ve döner tabla kullanılarak bilinmeyen nesnelerin 3B modelinin otonom olarak elde edilmesi amaçlanmaktadır. Uygulanan bu yöntem ile yaklaşık boyutları önceden bilinen herhangi bir nesne yüzeyinden ilk tarama ile veri alındıktan sonra NBV adayları hesaplanmaktadır. Sonra, hesaplanan NBV adaylarından ön tanımlı kriterlere göre en uygun olanı seçilmekte ve algılayıcı bu konuma götürülmektedir. 3B nesnenin yüzey modeli tamamlanana kadar algılayıcı için tarama noktalarının seçimi ve tarama süreci devam etmektedir.

Today, 3-D modeling of objects becomes possible due to developing technology, spreads extensive application area such as industry, medical, entertainment and preserving cultural inheritance. Mentioned these applications create a need of obtaining 3D models with high quality and precision. The depth and/or color information obtained from the surface of the object is used for 3-D modeling. This information is obtained by collecting data from the entire surface of the object by using sensors. Moving the sensor along the object surface for the purpose of data collection can be called surface scanning. Two different ways that are manual scanning and autonomous scanning can be followed to obtain 3D model of an object. Manual scanning requires an experienced and skilled person in this area; because it is not easy task to determine from which views the objects will be scanned and what the next scan point will be. In such a case, while man-made faults cause incomplete or inaccurate 3D models, scanning again and again causes loss of time. Autonomous scanning is generally made with calculation of Next Best Views (NBV) by using a system generally at least consisting of a robot manipulator and a sensor. Within the scope of this thesis, it is planned to obtain 3D model of an object full autonomously using industrial robot manipulator, laser profile sensor and rotary table. By this method applied, NBV candidates are calculated after the data is acquired by the first scan on any object whose approximate dimensions are previously known. Then, the most suitable one is selected from the calculated NBV candidates according to the predefined criteria, and the sensor is taken to this position. The selection of the scan points and scanning process for the sensor continues until the surface model of the 3D object is completed.