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Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide
Mestrado Integrado em Engenharia MecânicaUniversidade de Aveiro 2008/2009
Candidato: Rémi Sobreira Sabinoremi@ua.pt
Orientador: Vítor M. Ferreira dos SantosCo-orientador: Rui A. Da Silva Moreira
Proposta
1- Objectivos2- Introdução3- Projecto Estrutura4- Simulação Movimento Estrutura5- Conclusões6- Trabalhos Futuros
Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 01/10/09
1- OBJECTIVOSMestrado Integrado em Engenharia Mecânica
Universidade de Aveiro 2008/2009
1- Objectivos2- Introdução3- Projecto Estrutura4- Simulação Movimento Estrutura5- Conclusões6- Trabalhos Futuros
Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 01/10/09
OBJECTIVOS
Desenvolver a estrutura de um robô humanóide◦Escala Reduzida◦Ágil / Flexível◦Antropomórfica
Implementação de actuação passiva para auxílio dos actuadores activos◦Minimizar binários a desenvolver◦Aumentar a eficiência da marcha
1- Objectivos2- Introdução3- Projecto Estrutura4- Simulação Movimento Estrutura5- Conclusões6- Trabalhos Futuros
Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 01/10/09
2- INTRODUÇÃOMestrado Integrado em Engenharia Mecânica
Universidade de Aveiro 2008/2009
1- Objectivos2- Introdução3- Projecto Estrutura4- Simulação Movimento Estrutura5- Conclusões6- Trabalhos Futuros
Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 01/10/09
Tipos de Robôs Humanóides
“Here we present the design of a passive-
dynamics…”
With its height of 0,57 m and its weight
about 4,5 kg, this innovative robot is
lightweight and compact
Estrutura 100% Mecânica
Estrutura com Actuadores Activos
Necessidade de criar uma
instabilidade no sistema – Fonte
Exterior
Instabilidade do sistema é criada por actuadores
activos
INTRODUÇÃO
Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 01/10/09
1- Objectivos2- Introdução3- Projecto Estrutura4- Simulação Movimento Estrutura5- Conclusões6- Trabalhos Futuros
Biomecânica
INTRODUÇÃO
Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 01/10/09
Pé e TornozeloJoelho
Biologia
Mecânica
Biomecânica
AncaTronco
1- Objectivos2- Introdução3- Projecto Estrutura4- Simulação Movimento Estrutura5- Conclusões6- Trabalhos Futuros
3- PROJECTO ESTRUTURAMestrado Integrado em Engenharia Mecânica
Universidade de Aveiro 2008/2009
1- Objectivos2- Introdução3- Projecto Estrutura4- Simulação Movimento Estrutura5- Conclusões6- Trabalhos Futuros
Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 01/10/09
Estrutura – ◦ Por onde começar??
Pé, Tornozelo, Joelho, Anca, Tronco, Braços e Cabeça ◦ Materiais??
Alumínio, Acrílico, Aço, Bronze, etc.…
◦ Dimensões?? Antropometria do Corpo Humano
◦ Capacidades?? Graus de Liberdade e Cursos das
articulações equivalentes aos do ser humano
◦ Actuadores?? Activos / Passivos Dimensões e Capacidades
◦ Espaços?? Elementos Activos e passivos Electrónica e Cablagem
Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 01/10/09
PROJECTO ESTRUTURA1- Objectivos2- Introdução3- Projecto Estrutura4- Simulação Movimento Estrutura5- Conclusões6- Trabalhos Futuros
ACTUADORES PASSIVOS◦ Molas;◦ Laminas flexíveis;◦ Elásticos;◦ etc.
ACTUADORES ACTIVOS◦ Motores Convencionais;◦ Servomotores;◦ Motores Passo-a-passo;◦ Motores Lineares;◦ Actuadores Hidráulicos e Pneumáticos◦ etc.
ACTUAÇÃO HÍBRIDA
TIPOS DE ACTUADORES
PROJECTO ESTRUTURA
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1- Objectivos2- Introdução3- Projecto Estrutura4- Simulação Movimento Estrutura5- Conclusões6- Trabalhos Futuros
Neste robô optou-se pela colocação de servomotores que permitir o movimento das articulações
Tensão – 7,4 VCorrente – até 5000 mABinário – 30,0 kg.cmVelocidade – 0,14 sec/60ºDimensões – 40x37x20 mmPeso – 70 g
Apesar de terem um binário bastante elevado (≈3N.m), devido a um peso total da estrutura estimado a 5kg, é necessário proceder a uma desmultiplicação do binário
Para tal optou-se pela utilização de polias e correia dentadas e reforçadas
ACTUADORES ACTIVOS
Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 01/10/09
PROJECTO ESTRUTURA1- Objectivos2- Introdução3- Projecto Estrutura4- Simulação Movimento Estrutura5- Conclusões6- Trabalhos Futuros
Molas◦ Helicoidais
Volumosas Geometria cilíndrica rígida
◦ Lamina Geometria rígida
◦ Espiral Difícil de incorporar na estrutura
Elásticos◦ Geometria muito ajustável
Possibilidade de interferências Colocação de pontos de apoio menos exigente
◦ Valor da constante de elasticidade muito variados
ACTUADORES PASSIVOS
Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 01/10/09
PROJECTO ESTRUTURA1- Objectivos2- Introdução3- Projecto Estrutura4- Simulação Movimento Estrutura5- Conclusões6- Trabalhos Futuros
PROJECTO ESTRUTURA
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Pé (1GL)
1- Objectivos2- Introdução3- Projecto Estrutura4- Simulação Movimento Estrutura5- Conclusões6- Trabalhos Futuros
PROJECTO ESTRUTURA
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Tornozelo (2GL)
1- Objectivos2- Introdução3- Projecto Estrutura4- Simulação Movimento Estrutura5- Conclusões6- Trabalhos Futuros
PROJECTO ESTRUTURA1- Objectivos2- Introdução3- Projecto Estrutura4- Implementação da Actuação Passiva5- Simulação Movimento Estrutura6- Conclusões7- Trabalhos Futuros
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Canela e Joelho (1GL)
PROJECTO ESTRUTURA1- Objectivos2- Introdução3- Projecto Estrutura4- Implementação da Actuação Passiva5- Simulação Movimento Estrutura6- Conclusões7- Trabalhos Futuros
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Coxa
PROJECTO ESTRUTURA
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Anca (2x3GL)
1- Objectivos2- Introdução3- Projecto Estrutura4- Simulação Movimento Estrutura5- Conclusões6- Trabalhos Futuros
PROJECTO ESTRUTURA
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Tronco (3GL)
1- Objectivos2- Introdução3- Projecto Estrutura4- Simulação Movimento Estrutura5- Conclusões6- Trabalhos Futuros
PROJECTO ESTRUTURA
Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 01/10/09
Pernas, Anca e Tronco (6+6+3)
1- Objectivos2- Introdução3- Projecto Estrutura4- Simulação Movimento Estrutura5- Conclusões6- Trabalhos Futuros
PROJECTO ESTRUTURA
Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 01/10/09
Amplitude Movimentos
1- Objectivos2- Introdução3- Projecto Estrutura4- Simulação Movimento Estrutura5- Conclusões6- Trabalhos Futuros
PROJECTO ESTRUTURA
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Dimensões da Estrutura
1- Objectivos2- Introdução3- Projecto Estrutura4- Simulação Movimento Estrutura5- Conclusões6- Trabalhos Futuros
4- Simulação Movimento Estrutura
Mestrado Integrado em Engenharia MecânicaUniversidade de Aveiro 2008/2009
1- Objectivos2- Introdução3- Projecto Estrutura4- Simulação Movimento Estrutura5- Conclusões6- Trabalhos Futuros
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SIMULAÇÃO MOVIMENTO ESTRUTURA
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Colocação de Actuadores Passivos:◦Minimizar os binários máximos
Diminuição do consumo Melhor resposta dos actuadores activos Aumento da eficiência de movimentos como a
marcha
1- Objectivos2- Introdução3- Projecto Estrutura4- Simulação Movimento Estrutura5- Conclusões6- Trabalhos Futuros
SIMULAÇÃO MOVIMENTO ESTRUTURA
Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 01/10/09
Criação de um simulador em Simulink◦Demonstrar minimização do binário máximo◦Determinar o valor da constante de
elasticidade para cada actuador passivo◦Determinar posicionamento mais adequado
para cada actuador (em pontos da estrutura em que isso é possível)
1- Objectivos2- Introdução3- Projecto Estrutura4- Simulação Movimento Estrutura5- Conclusões6- Trabalhos Futuros
SIMULAÇÃO MOVIMENTO ESTRUTURA
Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 01/10/09
Diagrama Simulink
Grafico Binário VS Tempo
Grafico Binario VS Angulo
Simulador SimulinkModelo SimulinkResultados
1- Objectivos2- Introdução3- Projecto Estrutura4- Simulação Movimento Estrutura5- Conclusões6- Trabalhos Futuros
6- ConclusõesMestrado Integrado em Engenharia Mecânica
Universidade de Aveiro 2008/2009
1- Objectivos2- Introdução3- Projecto Estrutura4- Simulação Movimento Estrutura5- Conclusões7- Trabalhos Futuros
Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 01/10/09
CONCLUSÕES1- Objectivos2- Introdução3- Projecto Estrutura4- Simulação Movimento Estrutura5- Conclusões6- Trabalhos Futuros
Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 01/10/09
ESTRUTURA e ACTUAÇÃO ACTIVA Pequenas dimensões e relativamente leve (650mm / 5kg) Antropomorficamente correcta Grande numero de graus de liberdade (15+2GL) Grandes amplitudes de movimentos Construção e montagem cuidada com
ausência de folgas prejudiciais ausência de atritos significativos nas juntas
Relações de transmissão ajustável Tensores de correia ajustáveis Pé com sola flexível
CONCLUSÕES
Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 01/10/09
SIMULAÇÕES e ACTUADORES PASSIVOS Existência de numerosos pontos de apoio para os
actuadores passivos em todas as juntas Tensor de elementos passivos em algumas juntas Determinação da redução do binário a aplicar em cada junta
para um dado movimento Determinação de valores de k adequados
1- Objectivos2- Introdução3- Projecto Estrutura4- Simulação Movimento Estrutura5- Conclusões6- Trabalhos Futuros
6- TRABALHOS FUTUROSMestrado Integrado em Engenharia Mecânica
Universidade de Aveiro 2008/2009
1- Objectivos2- Introdução3- Projecto Estrutura4- Simulação Movimento Estrutura5- Conclusões6- Trabalhos Futuros
Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 01/10/09
TRABALHOS FUTUROS
Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 01/10/09
Conclusão da montagem de pernas e anca(Base pés, elementos estruturais)Teste da estrutura existente
Continuação do projecto mecânico da estrutura (Tronco, braços e cabeça)
Criação e instalação da electrónica de controlo
Criação algoritmo de controlo
1- Objectivos2- Introdução3- Projecto Estrutura4- Simulação Movimento Estrutura5- Conclusões6- Trabalhos Futuros
Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide
Mestrado Integrado em Engenharia MecânicaUniversidade de Aveiro 2008/2009
Candidato: Rémi Sobreira Sabinoremi@ua.pt
Orientador: Vítor M. Ferreira dos SantosCo-orientador: Rui A. Da Silva Moreira
FIMOBRIGADO
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