Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide Relatório do Estudo para o desenvolvimento das articulações inferiores Rémi Sabino 26/02/09

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?! Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 26/02/09

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

ESTUDO DA ARTE

1- Estudo da Arte Tipos de Robôs Humanóides Necessidade de criar uma instabilidade no sistema – Fonte Exterior Estrutura 100% Mecânica Instabilidade do sistema é criada por actuadores activos “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 com Actuadores Activos 1- Estudo da Arte http://www.youtube.com/watch?v=e2Q2Lx8O6Cg Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 26/02/09

2- ESTUDO PROTÓTIPOS E OPTIMIZAÇÃO

2- ESTUDO PROTÓTIPOS E OPTIMIZAÇÃO TIPOS DE ACTUADORES ACTUADORES PASSIVOS Molas; Laminas flexíveis; Elásticos; etc. ACTUADORES ACTIVOS Motores Convencionais; Servomotores; Motores Passo-a-passo; Motores Lineares; Actuadores Hidráulicos e Pneumáticos ACTUAÇÃO HÍBRIDA 2- ESTUDO PROTÓTIPOS E OPTIMIZAÇÃO Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 26/02/09

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

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

2- ESTUDO PROTÓTIPOS E OPTIMIZAÇÃO Explicação… COMPRESSÃO 2-Pré-Carga k=1000N/m d=0,010m FM=1000×0,010=10N B B B dtotal=10+20=30mm FM=30N B 3-Carga k=1000N/m P=20N 20=1000×d d=0,02m M M M M 1 2 3 4 FM=PB 4-Levantamento Carga d=15mm F?? F=1000×0,015=15N F=1000×0,010=10N F=1000×0,005=5N (…) 2- ESTUDO PROTÓTIPOS E OPTIMIZAÇÃO Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 26/02/09

2- ESTUDO PROTÓTIPOS E OPTIMIZAÇÃO Explicação… TRACÇÃO B B 2-Pré-Carga k=1000N/m d=0,010m FM=1000×0,010=10N B B dtotal=10+20=30mm FM=30N 3-Carga k=1000N/m P=20N 20=1000×d d=0,02m M M M M 1 2 3 4 FM=PB 4-Levantamento Carga d=15mm F?? F=1000×0,015=15N F=1000×0,010=10N F=1000×0,005=5N (…) 2- ESTUDO PROTÓTIPOS E OPTIMIZAÇÃO Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 26/02/09

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

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

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

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

2- ESTUDO PROTÓTIPOS E OPTIMIZAÇÃO Neste vídeo podemos ver os dois graus de liberdade do tornozelo e os quatro movimentos correspondentes 1. Eversão 3. Flexão Dorsal 2. Inversao 4. Flexão Plantar 2- ESTUDO PROTÓTIPOS E OPTIMIZAÇÃO Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 26/02/09

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

2- ESTUDO PROTÓTIPOS E OPTIMIZAÇÃO ACTUADORES ACTIVOS Tensão – 7,4 V Corrente – até 5000 mA Binário – 30,0 kg.cm Velocidade – 0,14 sec/60º Dimensões – 40x37x20 mm Peso – 70 g Neste robô optei pela colocação de servomotores que permitir o movimento das articulações 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 2- ESTUDO PROTÓTIPOS E OPTIMIZAÇÃO Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide – Rémi Sabino 26/02/09

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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