1. Introdução ENQUADRAMENTO A concepção de um Robot Humanóide constitui um dos maiores desafios na área da robótica: Construir um ser artificial semelhante ao homem é um sonho inato Marcas como a Sony ou a Honda já deram os primeiros passos Um projecto de colaboração entre o DETI e o DEM, iniciado em 2003, permitiu a construção de uma plataforma humanóide de baixo custo para a realização de investigação em áreas tão diversas como o controlo, a percepção e a navegação OBJECTIVOS Continuação do estudo dos sensores de pressão Estudo dos sensores de inclinação Estudar e implementar algoritmos de movimentos de alto-nível Criar uma interface visual user-friendly Selecção da Unidade Central de Processamento a adoptar Instalação de Embedded LINUX Integração do sistema de visão e de capacidades de processamento 2. Arquitectura do Sistema Plataforma humanóide 22 graus de liberdade Peso: 6 kg Altura: 60 cm Arquitectura distribuída Rede de controladores interligados por CAN-bus Configuração Master/Multi-Slave Comunicações assíncronas: Master e Slaves: CAN bus a 1 Mbit/s Master e PC: série RS232 a 115 Kbaud Unidades de Controlo Slave: Comandam até 3 actuadores Permitem controlo local Interface via piggy-back Unidades de Controlo Slave: Comandam até 3 actuadores Permitem controlo local Interface via piggy-back Main Control RS232 Master CAN BUS Slaves Sensores de força mostram uma resposta aceitável Boa resposta no controlo de equilíbrio Zonas de singularidade a evitar O controlador de inclinação do tronco cumpre com os requisitos O algoritmo de locomoção necessita de pequenos ajustes para uma aplicação prática Inicio do movimento pouco funcional O sistema de visão iniciou a sua caminhada Tracking de uma bola com resultados satisfatórios Unidade Central de Processamento Disponibiliza condições de desenvolvimento Perspectivas de futuro Introdução dos giroscópios Integração no simulador de modelo dos sensores Desenvolvimento de uma plataforma de controlo em Linux 12. Conclusões 9. Simulador TwoLegs_22dof Motivações Tornar a interacção com o robô humanóide user- friendly Integração, numa única aplicação, de múltiplo trabalho desenvolvido Funcionalidade Planeamento de trajectórias no espaço das juntas Integração de movimentos de alto-nível Visualização da trajectória Gestão de elementos visuais Bola Escadas Gestor de Movimentos UNIVERSIDADE DE AVEIRO Departamento de Electrónica, Telecomunicações e Informática Departamento de Engenharia Mecânica 2006/07 Projecto Humanóide da Universidade de Aveiro Orientação: Filipe M.T. SilvaDETI-IEETA Vítor M. F. SantosDEM-TEMA Autoria: Daniel José Figueiredo BaptistaN.º Mec LEET Pedro Miguel Sá Figueiredo FerreiraN.º Mec LEET 11. Sistema de Visão Câmara Câmara digital Unibrain Fire-i Resolução: 640 x 480, 320 x 240, 160 x 120 Formato: YUV (4:1:1, 4:2:2, 4:4:4), RGB-24bit Frame rate: 30, 15, 7.5, 3.75 fps Saida: FireWire400 Mbps Tracking de uma bola em movimento Pan & Tilt Três graus de liberdade Controlo em três juntas Processamento de imagem (OpenCv) Filtro por cor Detecção de Círculos Cálculo do centro de massa Template Match PAN TILT INCLINAÇÃO DO TRONCO 10. Unidade Central de Processamento PC/104 AMD LX800 CPU Board PC/104 Dual PCMCIA Module Solid State Disk IDE de 44 pin DDR RAM de 256 Mb 200 pin 3. Capacidades Sensoriais Acelerómetros para medir a inclinação do tronco Giroscópios Potenciómetros para medir a posição (HITEC Motor) GYROSTAR ENJ03JA from MURATA ADXL202E from ANALOG DEVICE Unidade de visão (Câmara CCD) Sensores dos pés Extensómetros colados a placas deformáveis Corrente consumida pelo servomotor 4. Actuadores Correias de transmissão para elevar binários HS805BBPernas & juntas de alto binário 0.35~20HS85BB Braços & juntas de baixo binário Binário ( Nm) Massa (g) Modelo Aplicação Actuação nas juntas: servomotores HITEC Pequenos, compactos e relativamente baratos Incluem motor, redutor e electrónica de controlo Limitações/desvantagens Não disponibilizam controlo de velocidade e/ou binário Comportamento não linear em função da carga Actuação e Leitura Sensorial Controlo de posição: PWM a 50 Hz e duty-cycle de 1-2 ms Leitura da posição e estimativa da corrente consumida 5. Sensores de Pressão Controlador baseado na matriz jacobiana Controlo do CoP e da altura da anca Equação de controlo: Δq = K·JT·e Δq: incremento de velocidade K: ganho JT: transposta da matriz jacobiana para o CoP e: erro entre o CoP desejado e o medido Sensor 1 Sensor 2 Sensor 3 Sensor 4 y x Foot 7. Sensores de Inclinação Situado na anca, permitindo o controlo da inclinação do tronco Função de controlo proporcional Delta - incremento a aplicar ao servomotor 2.5- relação de transmissão entre o servo e a junta. Erro - diferença entre a inclinação desejada e a medida K- ganho do controlador Resultados Controlo satisfatório da inclinação do tronco Resposta do controlador 8. Padrões de Locomoção Movimentos quasi-estáticos Velocidade de actuação reduzida Centro de Pressão pode ser aproximado pela projecção do Centro de Gravidade no solo Planeamento de trajectórias Espaço das juntas Espaço cartesiano Movimentos definidos Locomoção Pontapé Rotação Pontapé Locomoção 6. Acelerómetros / Inclinómetros Acelerómetro ADXL202E da Analog Devices O ADXL202E é um acelerómetro de dois eixos (Pitch e Roll) A escala de medida do ADXL202E é de ±2 g O acelerómetro ADXL202E, permite a medição de acelerações dinâmicas (acelerações instantâneas) e acelerações estáticas ( aceleração da gravidade)