Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide Mestrado Integrado em Engenharia...
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Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide
Mestrado Integrado em Engenharia MecânicaUniversidade de Aveiro 2008/2009
Candidato: Rémi Sobreira [email protected]
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
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2- INTRODUÇÃOMestrado Integrado em Engenharia Mecânica
Universidade de Aveiro 2008/2009
1- Objectivos2- Introdução3- Projecto Estrutura4- Simulação Movimento Estrutura5- Conclusões6- Trabalhos Futuros
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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
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1- Objectivos2- Introdução3- Projecto Estrutura4- Simulação Movimento Estrutura5- Conclusões6- Trabalhos Futuros
Biomecânica
INTRODUÇÃO
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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
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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
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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
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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
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PROJECTO ESTRUTURA1- Objectivos2- Introdução3- Projecto Estrutura4- Simulação Movimento Estrutura5- Conclusões6- Trabalhos Futuros
PROJECTO ESTRUTURA
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Pé (1GL)
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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)
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PROJECTO ESTRUTURA
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Tronco (3GL)
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PROJECTO ESTRUTURA
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Pernas, Anca e Tronco (6+6+3)
1- Objectivos2- Introdução3- Projecto Estrutura4- Simulação Movimento Estrutura5- Conclusões6- Trabalhos Futuros
PROJECTO ESTRUTURA
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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
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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
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Diagrama Simulink
Grafico Binário VS Tempo
Grafico Binario VS Angulo
Simulador SimulinkModelo SimulinkResultados
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6- ConclusõesMestrado Integrado em Engenharia Mecânica
Universidade de Aveiro 2008/2009
1- Objectivos2- Introdução3- Projecto Estrutura4- Simulação Movimento Estrutura5- Conclusões7- Trabalhos Futuros
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CONCLUSÕES1- Objectivos2- Introdução3- Projecto Estrutura4- Simulação Movimento Estrutura5- Conclusões6- Trabalhos Futuros
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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
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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
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1- Objectivos2- Introdução3- Projecto Estrutura4- Simulação Movimento Estrutura5- Conclusões6- Trabalhos Futuros
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TRABALHOS FUTUROS
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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
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Candidato: Rémi Sobreira [email protected]
Orientador: Vítor M. Ferreira dos SantosCo-orientador: Rui A. Da Silva Moreira
FIMOBRIGADO