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Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide Relatório do Estudo para o desenvolvimento das articulações inferiores Rémi Sabino26/02/09.

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1 Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide Relatório do Estudo para o desenvolvimento das articulações inferiores Rémi Sabino26/02/09

2 Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide?!  Desenvolver a estrutura de um humanóide completamente nova com base em estruturas já existentes…  Implementação de actuação passiva para auxílio dos actuadores activos… Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 26/02/09

3 TAREFAS  1- Estudo da Arte  2- Estudo Protótipo e Optimização  3- Implementação Actuação Passiva  4- Integração e Teste  5- Escrito de Artigo/Dissertação Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 26/02/09

4 ESTUDO DA ARTE

5 1- Estudo da Arte  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 Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 26/02/09

6 2- ESTUDO PROTÓTIPOS E OPTIMIZAÇÃO

7  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 Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 26/02/09 TIPOS DE ACTUADORES

8 2- ESTUDO PROTÓTIPOS E OPTIMIZAÇÃO  Sistema naturalmente instável! ◦Pêndulo Invertido Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 26/02/09 Permite manter uma posição!! Qual a vantagem em usar actuadores passivos??

9 2- ESTUDO PROTÓTIPOS E OPTIMIZAÇÃO  Permitir tornar estável um sistema inicialmente instável  Fazer recuperação de energia potencial gravítica resultante da massa da estrutura Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 26/02/09 MAS COMO

10 2- ESTUDO PROTÓTIPOS E OPTIMIZAÇÃO  Explicação… COMPRESSÃO B B B M MM F M =P B 2-Pré-Carga k=1000N/m d=0,010m F M =1000×0,010=10N 3-Carga k=1000N/m P=20N 20=1000×d d=0,02m Levantamento Carga d=15mm F?? F=1000×0,015=15N d total =10+20=30mm F M =30N F=1000×0,010=10N F=1000×0,005=5N (…) B M Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 26/02/09

11 2- ESTUDO PROTÓTIPOS E OPTIMIZAÇÃO  Explicação… TRACÇÃO B B B MMM F M =P B 2-Pré-Carga k=1000N/m d=0,010m F M =1000×0,010=10N 3-Carga k=1000N/m P=20N 20=1000×d d=0,02m Levantamento Carga d=15mm F?? F=1000×0,015=15N d total =10+20=30mm F M =30N F=1000×0,010=10N F=1000×0,005=5N (…) B M Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 26/02/09

12 2- ESTUDO PROTÓTIPOS E OPTIMIZAÇÃO  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 26/02/09

13 2- ESTUDO PROTÓTIPOS E OPTIMIZAÇÃO  PÉ E TORNOZELO Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 26/02/09

14 2- ESTUDO PROTÓTIPOS E OPTIMIZAÇÃO  Movimentos do Pé e Tornozelo – 2 Graus de Liberdade EVERSÃOINVERSÃO Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 26/02/09

15 2- ESTUDO PROTÓTIPOS E OPTIMIZAÇÃO  Movimentos do Pé e Tornozelo – 2 Graus de Liberdade FLEXÃO PLANTAR FLEXÃO DORSAL Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 26/02/09

16 2- ESTUDO PROTÓTIPOS E OPTIMIZAÇÃO  Neste vídeo podemos ver os dois graus de liberdade do tornozelo e os quatro movimentos correspondentes  1. Eversão3. Flexão Dorsal  2. Inversao4. Flexão Plantar Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 26/02/09

17 2- ESTUDO PROTÓTIPOS E OPTIMIZAÇÃO  O elemento de borracha que une as duas partes do pé permite absorver irregularidades do solo sem comprometer o equilíbrio do robô Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 26/02/09

18 2- ESTUDO PROTÓTIPOS E OPTIMIZAÇÃO  Neste robô optei 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 optei pela utilização de correia com uma relação de transmissão de 5 Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 26/02/09  ACTUADORES ACTIVOS

19 2- ESTUDO PROTÓTIPOS E OPTIMIZAÇÃO  O primeiro actuador permite o movimento de Eversão e de Inversão. Este encontra-se alojado numa caixa que acompanha os movimentos de Flexão resultantes da actuação do segundo actuador 2º actuador 1º actuador Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 26/02/09

20 2- ESTUDO PROTÓTIPOS E OPTIMIZAÇÃO  De forma a ajudar os actuadores passivos nos movimento que requerem maiores forças, foi pensado utilizar actuadores passivos que recuperam a energia potencial gravítica durante os movimentos descendentes retribuindo-os a estrutura durante o movimento oposto. A solução passa pela colocação estratégica de elementos elásticos em paralelo com os actuadores activos Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 26/02/09  ACTUADORES PASSIVOS

21 2- ESTUDO PROTÓTIPOS E OPTIMIZAÇÃO Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 26/02/09

22 2- ESTUDO PROTÓTIPOS E OPTIMIZAÇÃO  JOELHO Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 26/02/09

23 2- ESTUDO PROTÓTIPOS E OPTIMIZAÇÃO 135º  JOELHO – 1 GRAU DE LIBERDADE Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 26/02/09

24 2- ESTUDO PROTÓTIPOS E OPTIMIZAÇÃO  ANCA Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 26/02/09

25 2- ESTUDO PROTÓTIPOS E OPTIMIZAÇÃO  ANCA – 3 GRAUS DE LIBERDADE Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 26/02/09

26 2- ESTUDO PROTÓTIPOS E OPTIMIZAÇÃO  PERNAS Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 26/02/09

27 2- ESTUDO PROTÓTIPOS E OPTIMIZAÇÃO Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 26/02/09

28 2- ESTUDO PROTÓTIPOS E OPTIMIZAÇÃO Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 26/02/09 • DEMONSTRAÇÃO DE AGILIDADE

29 2- ESTUDO PROTÓTIPOS E OPTIMIZAÇÃO Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 26/02/09 • CICLO DE CAMINHAR

30 Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide  PERGUNTAS??  SUGESTÕES?? Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 26/02/09


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