UNIVERSIDADE DE AVEIRO
2006/07
Departamento de Electrónica, Telecomunicações e Informática
Departamento de Engenharia Mecânica
Projecto Humanóide da Universidade de Aveiro
Autoria:
Daniel José Figueiredo Baptista
N.º Mec. 21824 - LEET
Pedro Miguel Sá Figueiredo Ferreira
N.º Mec. 27593 - LEET
[email protected] .ua.pt
[email protected]
Orientação:
Filipe M.T. Silva
DETI-IEETA ([email protected])
Vítor M. F. Santos DEM-TEMA ([email protected])
1. Introdução
ENQUADRAMENTO
 A concepção de um Robot Humanóide constitui um dos maiores desafios
na área da robótica:
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
 Pequenos, compactos e relativamente baratos
 Incluem motor, redutor e electrónica de controlo

Continuação do estudo dos sensores de pressão

Estudo dos sensores de inclinação
 Não disponibilizam controlo de velocidade e/ou binário
 Comportamento não linear em função da carga

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
 Arquitectura distribuída
 Rede de controladores interligados
por CAN-bus
 Configuração Master/Multi-Slave
 Erro - diferença entre a inclinação desejada
e a medida
K
Amplitude
fixa
- ganho do controlador
 DDR RAM de 256 Mb 200 pin
Correias de transmissão
para elevar binários
Posição do motor
(variável)
Aplicação
Modelo Massa (g) Binário (Nm)
~20
0.35
119
2.26
8. Padrões de Locomoção
5. Sensores de Pressão
Main Control
RS232
Master
 Controlador baseado na matriz
jacobiana
 Controlo do CoP e da altura da anca
CAN
BUS
Slaves
3
1
2
2
3
2
2
1
1
1
 Master e Slaves: CAN bus a 1
Mbit/s
 Master e PC: série RS232 a 115
Kbaud
3
3
2
2
1
1
3
3
2
2
1
1
 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
 CoM x

  tilt foot
 CoM y
J 
  tilt foot
 CoM z
 
 tilt foot
CoM x
 roll foot
CoM y
 roll foot
CoM z
 roll foot
CoM x 

 knee 
CoM y 

 knee 
CoM z 
 knee 
 Velocidade de actuação reduzida
 Centro de Pressão pode ser
aproximado pela projecção do
Centro de Gravidade no solo
 Planeamento de trajectórias
Foot
4
CoM 


Fsensor  rsensor
sensor 1
4
F
y
sensor
 Espaço das juntas
 Espaço cartesiano
Unidades de Controlo Slave:
 Movimentos definidos

 Locomoção
 Pontapé
 Rotação
Sensor 4
Foot base
 Acelerómetro ADXL202E da Analog Devices
 O ADXL202E é um acelerómetro de dois eixos (Pitch e
Roll)
Giroscópios
GYROSTAR
ENJ03JA from
MURATA
 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)
Extensómetros colados a
placas deformáveis
 Tornar a interacção com o
robô humanóide userfriendly
 Integração, numa única
aplicação, de múltiplo
trabalho desenvolvido
 Integração de movimentos
de alto-nível
Corrente consumida pelo
servomotor
Sensores dos pés
 Motivações
 Planeamento de
trajectórias no espaço das
juntas
ADXL202E from
ANALOG DEVICE
INCLINAÇÃO
DO TRONCO
 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
 Visualização da trajectória
Pitch  ASIN ( Ax / 1g )
Roll ASIN ( Ay / 1g )
TILT
12. Conclusões
9. Simulador TwoLegs_22dof
 Funcionalidade
Acelerómetros para medir a
inclinação do tronco

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
Rotação
6. Acelerómetros / Inclinómetros
3. Capacidades Sensoriais
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
Pontapé
Sensor 3
Flexible beam




Locomoção
Strain Gauge
 Comandam até 3 actuadores
 Permitem controlo local
 Interface via piggy-back
(HITEC Motor)
 Câmara digital Unibrain Fire-i
x
Adjustable screw
11. Sistema de Visão
Câmara
 Movimentos quasi-estáticos
sensor 1
Potenciómetros para
medir a posição
Resposta do controlador
20 ms
 Comunicações assíncronas:
Unidade de
visão (Câmara
CCD)
 Solid State Disk IDE de 44 pin
 Controlo satisfatório da inclinação do tronco
Sinal de Saída
2. Arquitectura do Sistema
 22 graus de liberdade
 Peso: 6 kg
 Altura: 60 cm
 2.5
- relação de transmissão entre o servo
e a junta.
 Resultados
Braços & juntas de baixo
HS85BB
binário
Pernas & juntas de alto binário HS805BB
 Plataforma humanóide
PC/104 Dual PCMCIA Module
 Delta - incremento a aplicar ao servomotor
 Actuação e Leitura Sensorial
PWM de controlo de
posição (entrada)
Impulso de “corrente”
(variável)
PC/104 AMD LX800 CPU Board
 Delta  2.5  erro  k
 Limitações/desvantagens
 Controlo de posição: PWM a 50 Hz e duty-cycle de 1-2 ms
 Leitura da posição e estimativa da corrente consumida
OBJECTIVOS
10. Unidade Central de Processamento
 Função de controlo proporcional
Sensor 2

Construir um ser artificial semelhante ao homem é um sonho inato
Marcas como a Sony ou a Honda já deram os primeiros passos
 Situado na anca, permitindo o controlo da
inclinação do tronco
 Actuação nas juntas: servomotores HITEC
Sensor 1


7. Sensores de Inclinação
4. Actuadores
 Gestão de elementos
visuais

Bola

Escadas
 Gestor de Movimentos
 Perspectivas de futuro
 Introdução dos giroscópios
 Integração no simulador de modelo dos sensores
 Desenvolvimento de uma plataforma de controlo em Linux