UNIVERSIDADE DE AVEIRO 200607 Departamento de Electrnica Telecomunicaes

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 a 28703@alunos. det. ua. pt a 27593@alunos. det. ua. pt Orientação: Filipe M. T. Silva DETI-IEETA (fsilva@det. ua. pt) Vítor M. F. Santos DEM-TEMA (vsantos@mec. ua. pt) 1. Introdução ENQUADRAMENTO q A concepção de um Robot Humanóide constitui um dos maiores desafios na área da robótica: Ø Construir um ser artificial semelhante ao homem é um sonho inato Ø Marcas como a Sony ou a Honda já deram os primeiros passos 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 C Pequenos, compactos e relativamente baratos C Incluem motor, redutor e electrónica de controlo q Continuação do estudo dos sensores de pressão q Estudo dos sensores de inclinação q Estudar e implementar algoritmos de movimentos de alto-nível q Criar uma interface visual user-friendly q Selecção da Unidade Central de Processamento a adoptar q Instalação de Embedded LINUX q Integração do sistema de visão e de capacidades de processamento q Limitações/desvantagens Ø Delta - incremento a aplicar ao servomotor Ø 2. 5 - relação de transmissão entre o servo e a junta. q Actuação e Leitura Sensorial Ø Erro - diferença entre a inclinação desejada e a medida ØK RS 232 Master Aplicação Modelo Massa (g) Binário (Nm) HS 85 BB ~20 0. 35 HS 805 BB 119 2. 26 8. Padrões de Locomoção Ø Velocidade de actuação reduzida Ø Centro de Pressão pode ser aproximado pela projecção do Centro de Gravidade no solo 1 2 3 2 2 1 1 1 3 2 1 1 3 3 2 2 1 1 q Planeamento de trajectórias Foot y q Acelerómetro ADXL 202 E da Analog Devices Ø O ADXL 202 E é um acelerómetro de dois eixos (Pitch e Roll) Giroscópios GYROSTAR ENJ 03 JA from MURATA Acelerómetros para medir a inclinação do tronco ADXL 202 E from ANALOG DEVICE Corrente consumida pelo servomotor Ø A escala de medida do ADXL 202 E é de ± 2 g Ø O acelerómetro ADXL 202 E, permite a medição de acelerações dinâmicas (acelerações instantâneas) e acelerações estáticas ( aceleração da gravidade) q Ø Locomoção Ø Pontapé Ø Rotação Extensómetros colados a placas deformáveis q Pan & Tilt Ø Três graus de liberdade Ø Controlo em três juntas Processamento de imagem (Open. Cv) Ø Filtro por cor Ø Detecção de Círculos Ø Cálculo do centro de massa Ø Template Match PAN TILT INCLINAÇÃO DO TRONCO Rotação 12. Conclusões 9. Simulador Two. Legs_22 dof q Motivações Ø Tornar a interacção com o robô humanóide userfriendly Ø Integração, numa única aplicação, de múltiplo trabalho desenvolvido q Funcionalidade Ø Planeamento de trajectórias no espaço das juntas Ø Integração de movimentos de alto-nível q Sensores de força mostram uma resposta aceitável Ø Boa resposta no controlo de equilíbrio Ø Zonas de singularidade a evitar q O controlador de inclinação do tronco cumpre com os requisitos q O algoritmo de locomoção necessita de pequenos ajustes para uma aplicação prática Ø Inicio do movimento pouco funcional q O sistema de visão iniciou a sua caminhada Ø Tracking de uma bola com resultados satisfatórios q Unidade Central de Processamento Ø Disponibiliza condições de desenvolvimento Ø Visualização da trajectória Ø Gestão de elementos visuais Sensores dos pés Resolução: 640 x 480, 320 x 240, 160 x 120 Formato: YUV (4: 1: 1, 4: 2: 2, 4: 4: 4), RGB-24 bit Frame rate: 30, 15, 7. 5, 3. 75 fps Saida: Fire. Wire 400 Mbps Tracking de uma bola em movimento q Movimentos definidos 6. Acelerómetros / Inclinómetros 3. Capacidades Sensoriais Ø Ø Locomoção Pontapé Sensor 3 Comandam até 3 actuadores C Permitem controlo local C Interface via piggy-back (HITEC Motor) Ø Espaço das juntas Ø Espaço cartesiano q Câmara digital Unibrain Fire-i x Unidades de Controlo Slave: Potenciómetros para medir a posição Sensor 2 Slaves q Equação de controlo: Δq = K·JT·e Ø Δq: incremento de velocidade Ø K: ganho Ø JT: transposta da matriz jacobiana para o Co. P Ø e: erro entre o Co. P desejado e o medido 11. Sistema de Visão Câmara q Movimentos quasi-estáticos q Controlador baseado na matriz jacobiana Ø Controlo do Co. P e da altura da anca CAN BUS Ø Master e Slaves: CAN bus a 1 Mbit/s Ø Master e PC: série RS 232 a 115 Kbaud q DDR RAM de 256 Mb 200 pin 5. Sensores de Pressão 3 2 Resposta do controlador Ø Controlo satisfatório da inclinação do tronco Correias de transmissão para elevar binários Main Control q Comunicações assíncronas: Unidade de visão (Câmara CCD) q Solid State Disk IDE de 44 pin - ganho do controlador Sensor 4 Ø Rede de controladores interligados por CAN-bus Ø Configuração Master/Multi-Slave q. PC/104 Dual PCMCIA Module q Resultados 2. Arquitectura do Sistema q Arquitectura distribuída q. PC/104 AMD LX 800 CPU Board Ø D Não disponibilizam controlo de velocidade e/ou binário D Comportamento não linear em função da carga Braços & juntas de baixo binário Pernas & juntas de alto binário Ø 22 graus de liberdade Ø Peso: 6 kg Ø Altura: 60 cm 10. Unidade Central de Processamento q Função de controlo proporcional Ø Controlo de posição: PWM a 50 Hz e duty-cycle de 1 -2 ms Ø Leitura da posição e estimativa da corrente consumida OBJECTIVOS q Plataforma humanóide q Situado na anca, permitindo o controlo da inclinação do tronco q Actuação nas juntas: servomotores HITEC Sensor 1 q 7. Sensores de Inclinação 4. Actuadores § Bola § Escadas q Gestor de Movimentos q Perspectivas de futuro Ø Introdução dos giroscópios Ø Integração no simulador de modelo dos sensores Ø Desenvolvimento de uma plataforma de controlo em Linux