Algoritmos de controlo do movimento para um robô humanóide

Abstract

O Projecto Humanóide na Universidade de Aveiro (PHUA) deu um passo em frente com o início da construção, em 2009, de uma nova plataforma humanóide de pequenas dimensões e baixo custo baseada num inovador sistema de actuação híbrida. O trabalho centrou-se em questões ligadas ao projecto mecânico e à selecção e integração de actuadores e sensores. No ano seguinte os esforços foram dedicados ao desenvolvimento e integração de componentes de hardware e software que culminaram com o desenvolvimento dos sistemas sensorial e motor. Tendo como ponto de partida os trabalhos anteriores, esta dissertação pretende abordar os problemas do planeamento e controlo do movimento. Para o efeito, procedeu-se à análise cinemática da estrutura robótica com a derivação das equações de cinemática directa e inversa para as sub-estruturas dos braços e pernas. Estas equações são um elemento chave para a implementação dos algoritmos de controlo do movimento que comtemplam o movimento ponto-aponto e o movimento contínuo. Foram realizadas várias experiências para avaliar o comportamento destes algoritmos, dos servomotores utilizados e da própria estrutura mecânica. O trabalho culminou com a inclusão de sensores de força na planta do pé que permitem estimar a localização do centro de pressão. Apresentam-se os resultados preliminares dos testes efectuados com um algoritmo de controlo baseado em realimentação de força que asseguram o equilíbrio da perna de suporte colocada numa superfície de inclinação variável.

The Humanoid Project at the University of Aveiro (HPUA) made a major step forward with the design and development, in 2009, of a new small-size and low cost humanoid platform based on hybrid actuation. The focus was on the mechanical design and the selection of actuators and sensors. The next steps were dedicated to the development and integration of hardware and software components, giving rise to the sensorial and motor systems. Based on these previous works, this dissertation aims to pursue the problems of motion planning and control. In line with this, the work was devoted to the kinematics analysis of the robotics structure by deriving the direct and the inverse kinematics equations for both the arms and legs. These equations are essential in the implementation of the motion control algorithms, namely, the point-to-point and the continuous motion planning. Several experiments were carries out in order to evaluate and improve the performance of these algorithms, as well the servomotors’ response. This work concludes with the integration of four force sensors attached in the extremities of the foot sole and the evaluation of the centre of pressure. Some preliminar results are included showing the application of a force feedback control algorithm that balance the support leg on the top of a moving platform.