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Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Universidade de Aveiro 2008/2009 Candidato:Rémi Sobreira.

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Apresentação em tema: "Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Universidade de Aveiro 2008/2009 Candidato:Rémi Sobreira."— Transcrição da apresentação:

1 Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Universidade de Aveiro 2008/2009 Candidato:Rémi Sobreira Sabino Orientador:Vítor M. Ferreira dos Santos Co-orientador: Rui A. Da Silva Moreira

2 Proposta 1- Objectivos 2- Introdução 3- Projecto Estrutura 4- Simulação Movimento Estrutura 5- Conclusões 6- Trabalhos Futuros Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 01/10/09

3 1- OBJECTIVOS Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Universidade de Aveiro 2008/ Objectivos 2- Introdução 3- Projecto Estrutura 4- Simulação Movimento Estrutura 5- Conclusões 6- Trabalhos Futuros Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 01/10/09

4 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- Objectivos 2- Introdução 3- Projecto Estrutura 4- Simulação Movimento Estrutura 5- Conclusões 6- Trabalhos Futuros Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 01/10/09

5 2- INTRODUÇÃO Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Universidade de Aveiro 2008/ Objectivos 2- Introdução 3- Projecto Estrutura 4- Simulação Movimento Estrutura 5- Conclusões 6- Trabalhos Futuros Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 01/10/09

6 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- Objectivos 2- Introdução 3- Projecto Estrutura 4- Simulação Movimento Estrutura 5- Conclusões 6- Trabalhos Futuros

7 Biomecânica INTRODUÇÃO Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 01/10/09 Pé e TornozeloJoelho BiologiaMecânica Biomecânica AncaTronco 1- Objectivos 2- Introdução 3- Projecto Estrutura 4- Simulação Movimento Estrutura 5- Conclusões 6- Trabalhos Futuros

8 3- PROJECTO ESTRUTURA Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Universidade de Aveiro 2008/ Objectivos 2- Introdução 3- Projecto Estrutura 4- Simulação Movimento Estrutura 5- Conclusões 6- Trabalhos Futuros Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 01/10/09

9 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 ESTRUTURA 1- Objectivos 2- Introdução 3- Projecto Estrutura 4- Simulação Movimento Estrutura 5- Conclusões 6- Trabalhos Futuros

10 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 Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 01/10/09 1- Objectivos 2- Introdução 3- Projecto Estrutura 4- Simulação Movimento Estrutura 5- Conclusões 6- Trabalhos Futuros

11 Neste robô optou-se pela colocação de servomotores que permitir o movimento das articulações Tensão – 7,4 V Corrente – até 5000 mA Binário – 30,0 kg.cm Velocidade – 0,14 sec/60º Dimensões – 40x37x20 mm Peso – 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 ESTRUTURA 1- Objectivos 2- Introdução 3- Projecto Estrutura 4- Simulação Movimento Estrutura 5- Conclusões 6- Trabalhos Futuros

12 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 ESTRUTURA 1- Objectivos 2- Introdução 3- Projecto Estrutura 4- Simulação Movimento Estrutura 5- Conclusões 6- Trabalhos Futuros

13 PROJECTO ESTRUTURA Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 01/10/09 Pé (1GL) 1- Objectivos 2- Introdução 3- Projecto Estrutura 4- Simulação Movimento Estrutura 5- Conclusões 6- Trabalhos Futuros

14 PROJECTO ESTRUTURA Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 01/10/09 Tornozelo (2GL) 1- Objectivos 2- Introdução 3- Projecto Estrutura 4- Simulação Movimento Estrutura 5- Conclusões 6- Trabalhos Futuros

15 PROJECTO ESTRUTURA 1- Objectivos 2- Introdução 3- Projecto Estrutura 4- Implementação da Actuação Passiva 5- Simulação Movimento Estrutura 6- Conclusões 7- Trabalhos Futuros Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 01/10/09 Canela e Joelho (1GL)

16 PROJECTO ESTRUTURA 1- Objectivos 2- Introdução 3- Projecto Estrutura 4- Implementação da Actuação Passiva 5- Simulação Movimento Estrutura 6- Conclusões 7- Trabalhos Futuros Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 01/10/09 Coxa

17 PROJECTO ESTRUTURA Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 01/10/09 Anca (2x3GL) 1- Objectivos 2- Introdução 3- Projecto Estrutura 4- Simulação Movimento Estrutura 5- Conclusões 6- Trabalhos Futuros

18 PROJECTO ESTRUTURA Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 01/10/09 Tronco (3GL) 1- Objectivos 2- Introdução 3- Projecto Estrutura 4- Simulação Movimento Estrutura 5- Conclusões 6- Trabalhos Futuros

19 PROJECTO ESTRUTURA Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 01/10/09 Pernas, Anca e Tronco (6+6+3) 1- Objectivos 2- Introdução 3- Projecto Estrutura 4- Simulação Movimento Estrutura 5- Conclusões 6- Trabalhos Futuros

20 PROJECTO ESTRUTURA Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 01/10/09 Amplitude Movimentos 1- Objectivos 2- Introdução 3- Projecto Estrutura 4- Simulação Movimento Estrutura 5- Conclusões 6- Trabalhos Futuros

21 PROJECTO ESTRUTURA Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 01/10/09 Dimensões da Estrutura 1- Objectivos 2- Introdução 3- Projecto Estrutura 4- Simulação Movimento Estrutura 5- Conclusões 6- Trabalhos Futuros

22 4- Simulação Movimento Estrutura Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Universidade de Aveiro 2008/ Objectivos 2- Introdução 3- Projecto Estrutura 4- Simulação Movimento Estrutura 5- Conclusões 6- Trabalhos Futuros Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 01/10/09

23 SIMULAÇÃO MOVIMENTO ESTRUTURA Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 01/10/09 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- Objectivos 2- Introdução 3- Projecto Estrutura 4- Simulação Movimento Estrutura 5- Conclusões 6- Trabalhos Futuros

24 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- Objectivos 2- Introdução 3- Projecto Estrutura 4- Simulação Movimento Estrutura 5- Conclusões 6- Trabalhos Futuros

25 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 Simulink Resultados 1- Objectivos 2- Introdução 3- Projecto Estrutura 4- Simulação Movimento Estrutura 5- Conclusões 6- Trabalhos Futuros

26 6- Conclusões Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Universidade de Aveiro 2008/ Objectivos 2- Introdução 3- Projecto Estrutura 4- Simulação Movimento Estrutura 5- Conclusões 7- Trabalhos Futuros Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 01/10/09

27 CONCLUSÕES 1- Objectivos 2- Introdução 3- Projecto Estrutura 4- Simulação Movimento Estrutura 5- Conclusões 6- 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

28 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- Objectivos 2- Introdução 3- Projecto Estrutura 4- Simulação Movimento Estrutura 5- Conclusões 6- Trabalhos Futuros

29 6- TRABALHOS FUTUROS Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Universidade de Aveiro 2008/ Objectivos 2- Introdução 3- Projecto Estrutura 4- Simulação Movimento Estrutura 5- Conclusões 6- Trabalhos Futuros Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 01/10/09

30 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- Objectivos 2- Introdução 3- Projecto Estrutura 4- Simulação Movimento Estrutura 5- Conclusões 6- Trabalhos Futuros

31 Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Universidade de Aveiro 2008/2009 Candidato:Rémi Sobreira Sabino Orientador:Vítor M. Ferreira dos Santos Co-orientador: Rui A. Da Silva Moreira FIM OBRIGADO


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