Estrutura Híbrida de
Locomoção para um Robô
Humanóide
Relatório do Estudo para o desenvolvimento das
articulações inferiores
Rémi Sabino 26/02/09
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





12345-
Estudo da Arte
Estudo Protótipo e Optimização
Implementação Actuação Passiva
Integração e Teste
Escrito de Artigo/Dissertação
TAREFAS
Estrutura Híbrida de Locomoção para um Robô Humanóide –
Rémi Sabino 26/02/09
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 passivedynamics…”
With its height of 0,57 m
and its weight
about 4,5 kg, this
innovative robot is
lightweight and compact
1- Estudo da Arte
Estrutura com Actuadores Activos
http://www.youtube.com/watch?v=e2Q2Lx8O6Cg
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Rémi Sabino 26/02/09
2- ESTUDO PROTÓTIPOS E
OPTIMIZAÇÃO
TIPOS DE ACTUADORES


ACTUADORES PASSIVOS
◦
◦
◦
◦
Molas;
Laminas flexíveis;
Elásticos;
etc.
ACTUADORES ACTIVOS
◦
◦
◦
◦
◦
◦
ACTUAÇÃO
HÍBRIDA
Motores Convencionais;
Servomotores;
Motores Passo-a-passo;
Motores Lineares;
Actuadores Hidráulicos e Pneumáticos
etc.
2- ESTUDO PROTÓTIPOS E
OPTIMIZAÇÃO
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Rémi Sabino 26/02/09
Qual a vantagem em usar actuadores
passivos??

Sistema naturalmente instável!
◦ Pêndulo Invertido
Permite manter uma posição!!
2- ESTUDO PROTÓTIPOS E
OPTIMIZAÇÃO
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Rémi Sabino 26/02/09
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
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
Explicação…
COMPRESSÃO
B
2-Pré-Carga
k=1000N/m
d=0,010m
B
B
B
M
M
M
M
1
2
3
4
FM=PB
FM=1000×0,010=10N
3-Carga
k=1000N/m
P=20N
dtotal=10+20=30mm
FM=30N
20=1000×d
d=0,02m
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
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
Explicação…
TRACÇÃO
B
B
B
B
2-Pré-Carga
k=1000N/m
d=0,010m
FM=1000×0,010=10N
M
M
M
M
1
2
3
4
FM=PB
3-Carga
k=1000N/m
P=20N
dtotal=10+20=30mm
FM=30N
20=1000×d
d=0,02m
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
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Rémi Sabino 26/02/09

Estrutura –
◦ Por onde começar??
 Pé, Tornozelo, Joelho, Anca, Tronco,
Braços e Cabeça
◦ Dimensões??
◦ Materiais??
 Alumínio, Acrílico, Aço,
Bronze, etc…
 Antropometria do Corpo Humano
◦ Capacidades??
◦ Actuadores??
 Activos / Passivos
 Dimensões e Capacidades
 Graus de Liberdade e Cursos das
articulações equivalentes aos do ser
humano
◦ Espaços??
 Elementos Activos e passivos
 Electrónica e Cablagem
2- ESTUDO PROTÓTIPOS E
OPTIMIZAÇÃO
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
PÉ E TORNOZELO
2- ESTUDO PROTÓTIPOS E
OPTIMIZAÇÃO
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
Movimentos do Pé e Tornozelo – 2 Graus de
Liberdade
EVERSÃO
INVERSÃO
2- ESTUDO PROTÓTIPOS E
OPTIMIZAÇÃO
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
Movimentos do Pé e Tornozelo – 2 Graus de
Liberdade
FLEXÃO
PLANTAR
FLEXÃO
DORSAL
2- ESTUDO PROTÓTIPOS E
OPTIMIZAÇÃO
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Rémi Sabino 26/02/09
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

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
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

ACTUADORES ACTIVOS
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
Tensão –
7,4 V
Corrente –
até 5000 mA
Binário –
30,0 kg.cm
Velocidade – 0,14 sec/60º
Dimensões – 40x37x20 mm
Peso –
70 g
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OPTIMIZAÇÃO
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
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
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

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 –
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2- ESTUDO PROTÓTIPOS E
OPTIMIZAÇÃO
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
JOELHO
2- ESTUDO PROTÓTIPOS E
OPTIMIZAÇÃO
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
JOELHO – 1 GRAU DE LIBERDADE
135º
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OPTIMIZAÇÃO
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
ANCA
2- ESTUDO PROTÓTIPOS E
OPTIMIZAÇÃO
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
ANCA – 3 GRAUS DE LIBERDADE
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OPTIMIZAÇÃO
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
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
•DEMONSTRAÇÃO DE AGILIDADE
2- ESTUDO PROTÓTIPOS E
OPTIMIZAÇÃO
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Rémi Sabino 26/02/09
• CICLO DE CAMINHAR
2- ESTUDO PROTÓTIPOS E
OPTIMIZAÇÃO
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Rémi Sabino 26/02/09

PERGUNTAS??

SUGESTÕES??
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para um Robô Humanóide
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Rémi Sabino 26/02/09