Estrutura híbrida de locomoção para um robô humanóide

Abstract

A concepção de uma plataforma robótica humanóide visa a longo prazo a obtenção de uma máquina adaptada ao ambiente humano e que por isso possa desempenhar tarefas de auxilio ao Homem com maior adaptabilidade e facilidade de execução. Tudo isso deve procurar obedecer a uma estrutura com dimensões, aspecto e comportamentos semelhantes aos do ser humano de modo a tornar estas máquinas mais “humanas”. Este projecto em concreto pretende marcar mais um passo na evolução do Projecto Humanóide iniciado em 2003 pelo Grupo de Automação e Robótica, GAR, do Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade de Aveiro, DEMUA. Tendo-se já validado alguns desenvolvimentos ao nível do hardware e do software surgiu a necessidade de desenvolver uma nova plataforma mecânica. Esta necessidade surge devido a existência de algumas limitações mecânicas da estrutura existente que limitam a sua utilização e consequentemente os resultados possíveis de obter. Sendo assim esta estrutura é uma estrutura orientada para a investigação e que irá servir de base de trabalhos a futuros investigadores que pretendem uma base de trabalho mais robusta e fiável. Nesta estrutura humanóide foi decidido criar um método de actuação híbrido. Este tipo de actuação tem por objectivo conjugar actuação com motores usada em muitas plataformas, inclusive no protótipo anterior, a uma actuação passiva já visível em algumas estruturas. Esta conjugação tem por objectivo minimizar os esforços dos motores de modo a permitir que estes tenham um melhor tempo de resposta e consequentemente melhorar a reactividade da estrutura sem a necessidade de usar actuadores de grandes capacidades. Neste documento encontra-se descrito detalhadamente toda a estrutura desenhada, maquinada e montada assim como a explicação e justificação das opções tomadas. Além disso são apresentadas as simulações realizadas em Simulink para o dimensionamento dos actuadores passivos colocados e as consequências da implementação dos mesmos.

ABSTRACT: The development of a humanoid robotics platform at the long term aims to obtain a machine adapted to the human environment and therefore responsible for providing assistance to humans with greater adaptability and ease of implementation. All this should comply to a structure with dimensions, appearance and behavior similar to humans to make these machines more "humans". This particular project is a further step in the evolution of the humanoid project started in 2003 by the Group of Automation and Robotics, GAR, Department of Mechanical Engineering, University of Aveiro, DEMUA. Although the previously developed platform allowed extensive tests and conclusions on humanoid development the structure shows several mechanical limitations that forbid more sophisticate research activities. Thus, this current structure is targeted to research and will serve as a basis for future work on a more robust and reliable platform. For this new humanoid structure it was decided to create a hybrid actuation. This type of actuation combines motors used in many platforms, including the existing prototype, and a passive actuation already visible in some structures from other authors. This combination is intended to minimize the efforts of motors to enable them to have a better response and consequently improve the reactivity of the structure without the need to use high capacity actuators. This document describes in detail the entire structure, namely how it was designed, machined and assembled, as well as explanation and justification of the choices made. The simulations in Simulink for the dimensioning of passive actuators and the consequences of their implementation are also shown.