Desenvolvimento de Algoritmos de Controlo para Locomo

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UNIVERSIDADE DE AVEIRO
2005/06
Departamento de Electrónica, Telecomunicações e
Informática Departamento de Engenharia Mecânica
Desenvolvimento de Algoritmos de Controlo para
Locomoção de um Robot Humanóide
Orientação Filipe M.T. Silva DETI-IEETA
(fsilva_at_det.ua.pt) Vítor M.F. Santos DEM-TEMA
(vsantos_at_mec.ua.pt)
Autoria Milton Ruas da Silva, N.º Mec. 21824 -
LEET milton.ruas_at_gmail.com
1. Enquadramento e Objectivos
4. Controlo de Posição

• Com as crescentes exigências de binário, a
  resposta do servo deteriora-se!
• Solução Compensação por SW!

• A concepção de um Robot Humanóide constitui um
  dos maiores desafios na área da robótica
  construir um ser artificial semelhante ao homem é
  um sonho inato do nosso engenho. Marcas como a
  Sony ou a Honda já deram os primeiros passos.
• Neste sentido, um grupo do Departamento de
  Engenharia Mecânica iniciou em 2003 a construção
  de uma plataforma humanóide de baixo custo no
  sentido de realizar investigação em áreas tão
  diversas como o controlo, a percepção e a
  navegação.
• Neste trabalho pretende-se desenvolver e
  implementar um conjunto de estratégias e
  algoritmos de controlo para o robot Humanóide. O
  projecto pode ser decomposto nas seguintes fases
• Melhoramento dos algoritmos de comunicação entre
  os diversos nós
• Desenvolvimento de estratégias de controlo a
  adoptar na actuação das juntas, relativas à
  locomoção
• Implementação de um controlador de equilíbrio.

Movimento de Flexão
Carga de 2.1 Kg
Movimento Lateral
2. Arquitectura do Robot
5. Controlo de Equilíbrio

• Plataforma Humanóide
• 22 graus de liberdade
• Peso 6 Kg
• Altura 60 cm
• Arquitectura distribuída
• Configuração Master/Multi-Slave
• Comunicações assíncronas
• Entre master e slaves CAN bus a 1 Mbit/s
• Entre master e PC série RS232 a 115Kbaud

Equilíbrio realizado através de sensores de Força
nos pés
Lei de Controlo ?qKJTCoP ?q Velocidade das
juntas J Jacobiano do Centro de
Pressão (CoP)
Unidades de Controlo (Master/Slave)
3. Actuadores
6. Conclusões

• Até 3 juntas controladas por um Slave
• Actuação nas juntas Servomotores HITEC
• Relativamente baratos e pequenos
• Controlador de posição incluído
• Disponibiliza sinal de saída com informação da
  posição e da corrente consumida pelo servo

• A arquitectura distribuída apresenta várias
  vantagens
• Sistemas de controlo mais simples e fiáveis
• Debugging simplificado.
• Os servomotores revelam-se adequados para o
  Controlo da Locomoção
• Controlo de velocidade introduzido pela aplicação
  de trajectórias
• Controlo de posição optimizado com a adição de um
  compensador PID
• Infelizmente a compensação não contempla as
  variações de Inércia.
• Controlo de equilíbrio usando sensores de força
• Realização com sucesso! Mais evoluções em vista a
  curto prazo.
• Perspectivas futuras
• Utilização da corrente medida para adaptação da
  compensação de posição de modo a contemplar as
  variações de Inércia
• Integração do controlo de posição com o controlo
  de equilíbrio
• Substituição do PC por uma embedded motherboard
  nano-ITX

Actuação e Leitura Sensorial
Correias de transmissão para redução de binário
Aplicação Modelo Massa (g) Binário (N.m)
Braços juntas de baixo binário HS85BB 20 0.35
Pernas juntas de elevado binário HS805BB 119 2.26