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 Aplicação dos sensores para controlo Estudo e implementação de algoritmos de movimentos de alto-nível Criar uma interface gráfica user-friendly Selecção da Unidade Central de Processamento a adoptar Instalação de Embedded LINUX Integração do sistema de visão e de capacidades de processamento Controlo de equilíbrio baseado no Jacobiano transposto Permite o controlo do CoP Permite especificar uma altura da anca fixa Controlador baseado nos inclinómetros permite manter a postura da anca estável Controlador proporcional revela uma compensação adequada ao problema proposto Falta integrar este controlador com as duas pernas Plataforma TwoLegs_22dof Adequado para estudar e corrigir os padrões de locomoção Permite saber em cada fase do movimento o CoM Sistema de visão Seguimento de uma bola implementado Resultados positivos na filtragem por cor Grandes capacidades com o uso da biblioteca OpenCv Unidade Central de Processamento Instalação concluída do Embedded Linux Pronta para integração na plataforma humanóide 12. Conclusões UNIVERSIDADE DE AVEIRO Departamento de Electrónica, Telecomunicações e Informática Departamento de Engenharia Mecânica 2006/07 Desenvolvimento de Algoritmos de Controlo para Locomoção de um Robot Humanóide Orientação: Daniel José Figueiredo BaptistaN.º Mec LEET Pedro Miguel Sá Figueiredo FerreiraN.º Mec LEET Desenvolvimento da Unidade Central de Controlo para uma Plataforma Humanóide 3. Controlador de Equilíbrio Controlador baseado na matriz jacobiana Controlo do centro de massa (CoM) Centro de pressão (CoP) aproximado pela projecção no solo do CoM 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 3Sensor 4 y x 2. Enquadramento do Projecto Plataforma de baixo-custo Uso de servomotores Sensores custom-made Arquitectura distribuída Rede de controladores interligados por CAN-bus Configuração Master/Multi-Slave Autonomia Capacidade de decisões locais Independência energética Sensores Sensores de posição dos servos Potenciómetros Sensores de força Extensómetros Sensores de inclinação Acelerómetros Giroscópios Câmara CCD Câmara FireWire 22 DoF 60 cm altura 5. Planeamento do movimento Coordenação de 22 graus de liberdade Possibilidade de movimentos nas 3 direcções espaciais Garantir a estabilidade do movimento Possibilidade de movimentos nas 3 direcções Pressupôs-se um movimento quasi-estático Velocidade de actuação reduzida Centro de Pressão pode ser aproximado pela projecção do Centro de Gravidade no solo Planeamento de trajectórias Espaço das juntas Aplicação directa das posições angulares Espaço cartesiano Uso da cinemática inversa para derivação das posições angulares CoG dos componentes (x) Projecção do CoG no solo CoG da estrutura 7. Simulador Cinemático 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 Permite guardar os movimentos simulados 9. Sistema Operativo Sistema OperativoUnidade central de processamento Suporte para Embedded Linux Utilização do Embedded Debian Instalação de Linux através de um dispositivo USB Desenvolvimento em Linux Funções de comunicação série Funções de controlo da plataforma Possibilidade de captura de imagens através FireWire Processamento de imagens vídeo Controlo de alto nível dos actuadores 10. 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 Unidade de Pan & Tilt Pan & Tilt (Pescoço/Cabeça) Câmara colocada no eixo de Tilt Dois graus de liberdade Dois eixos de deslocamento Controlo em duas juntas Inclinação do tronco Um grau de liberdade Eixo de deslocamento (Tilt) Controlo de uma junta Procura de um objecto Pan & Tilt Inclinação do tronco PAN TILT INCLINAÇÃO DO TRONCO 11. Algoritmos de Visão Seguimento de uma bola em movimento Processamento de imagem Uso da biblioteca OpenCv Captura e processamento de imagens a 15 fps ou mais Tamanho das imagens a 320X240 pixels Filtro por cor Detecção de Círculos Determinação de centros de massa Reconhecimento de padrões (template match) 4. Controlador da Postura da Anca Análise do comportamento dos acelerómetros usados como inclinómetros Acelerómetro acoplado a um servo que altera a inclinação Estabilidade postural da secção da anca Função de controlo proporcional DeltaTeta – incremento a aplicar ao servomotor correspondente Erro - inclinação desejada menos a medida Controlo da inclinação da anca usando uma perna Teste: Especificou-se uma trajectória rectangular para a anca 10 voltas consecutivas Resultados práticos 8. Unidade Central de Processamento PC/104 AMD LX800 CPU Board Solid State Disk IDE de 44 pin DDR RAM de 256 Mb 200 pin PC/104 Dual PCMCIA Module 6. Padrões de Locomoção Marcha 4 fases de movimento Fase 1: preparar movimento Fase 2: Inicio do passo Fase 3: Fim do passo Fase 4: Preparação do próximo passo Parâmetros de locomoção Comprimento do passo Altura da anca Máxima elevação do pé livre Posição lateral da anca Pontapé 4 fases de movimento Rotação sobre si próprio 8 fases de movimento Rotação sobre si próprio Pontapé Marcha Fase 2Fase 1Fase 3Fase 4 Filipe M.T. SilvaDETI-IEETA Vítor M. F. SantosDEM-TEMA