UNIVERSIDADE DE AVEIRO
2005/06
Departamento de Electrónica, Telecomunicações e Informática
Departamento de Engenharia Mecânica
Desenvolvimento de Algoritmos de Controlo para
Locomoção de um Robot Humanóide
Autoria:
Orientação:
Milton Ruas da Silva, N.º Mec. 21824 - LEET
Filipe M.T. Silva
DETI-IEETA ([email protected])
Vítor M.F. Santos DEM-TEMA ([email protected])
[email protected]
1. Enquadramento e Objectivos
 Neste sentido, um grupo do Departamento de Engenharia
Mecânica iniciou em 2003 a construção de uma plataforma
humanóide de baixo custo no sentido de realizar investigação
em áreas tão diversas como o controlo, a percepção e a
navegação.
 Neste trabalho pretende-se desenvolver e implementar um
conjunto de estratégias e algoritmos de controlo para o robot
humanóide. O projecto pode ser decomposto nas seguintes
fases:
 Com as crescentes exigências
de binário, a resposta do servo
deteriora-se…
 Solução: Compensação por SW!
Posição
desejada
PID
incremental
Sinal de
controlo
Servomotor
Posição do servo
Movimento de Flexão
Carga de 2.1 Kg
 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 do nosso engenho.
Marcas como a Sony ou a Honda já deram os primeiros passos.
4. Controlo da Locomoção
Movimento Lateral
 Melhoramento dos algoritmos de comunicação entre os diversos nós;
 Desenvolvimento de estratégias de controlo a adoptar na actuação
das juntas, relativas à locomoção;
 Implementação de um controlador de equilíbrio.
2. Arquitectura do Robot
 Plataforma Humanóide
 22 graus de liberdade
 Peso: 6 Kg
 Altura: 60 cm
 Arquitectura distribuída
5. Controlo de Equilíbrio
Main Control
Equilíbrio realizado
através de sensores de
força nos pés
RS232
Master
CAN
BUS
Slaves
3
1
2
2
 Configuração
Master/Multi-Slave
3
2
2
1
1
1
 Comunicações
assíncronas
 Entre master e slaves:
CAN bus a 1 Mbit/s
 Entre master e PC (série
RS232 a 115Kbaud)
3
3
2
2
1
1
3
3
2
2
1
1
Lei de controlo:
Δq=K·JT·CoP
Δq: Velocidade das juntas
J: Jacobiano do centro
de pressão (CoP)
Unidades de Controlo
(Master/Slave)
3. Actuação nas Juntas
6. Conclusões
 Cada Slave controla até 3 actuadores
 Actuação nas juntas: Servomotores HITEC
 Controlador de posição incluído, mas não oferece
controlo de velocidade
 Disponibiliza sinal de saída com informação da
posição e da corrente consumida
Actuação e Leitura Sensorial
PWM de controlo de
posição (entrada)
Impulso de “corrente”
(variável)
Posição do motor
(variável)
20 ms
Pernas & juntas de elevado binário
 Os servomotores revelam-se adequados para o Controlo da
Locomoção:
 Controlo de equilíbrio usando sensores de força:
Sinal de Saída
Braços & juntas de baixo binário
 Sistemas de controlo mais simples e fiáveis;
 Debugging simplificado.
 Controlo de velocidade introduzido pela aplicação de trajectórias;
 Controlo de posição optimizado com a adição de um compensador PID;
 Infelizmente a compensação não contempla as variações de Inércia.
Amplitude
fixa
Aplicação
 A arquitectura distribuída apresenta várias vantagens:
Modelo
Correias de
transmissão para
redução de binário
Massa Binário
(g)
(N.m)
HS85BB
~20
0.35
HS805BB
119
2.26
 Resposta bastante reactiva a inclinações do plano, mas ainda limitada
pela mecânica que suporta os extensómetros: mais evoluções, no
domínio dos materiais utilizados, em vista a curto prazo.
 Perspectivas futuras:
 Utilização da corrente medida para adaptação da compensação PID, de
modo a contemplar as variações de Inércia;
 Integração do controlo da locomoção com o controlo de equilíbrio;
 Substituição do PC por uma embedded motherboard nano-ITX; …