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Desenvolvimento do projeto mecatrônico e construção de um protótipo de robô bípede com oito graus de liberdade: design e funcional.
LUIS ANTONIO OLIVEIRA ARAUJO, gustavo correa oliveira

Última alteração: 2021-03-18

Resumo


Durantes as últimas décadas, o desenvolvimento de robôs bípedes tem se difundido por empresas e pesquisas científicas. Um exemplo de corporação presente nesse mercado é a Boston Dynamics, empresa norte-americana famosa por seus robôs bípedes, como o Atlas, e quadrúpedes, como o BigDog. Esses dois modelos possuem características diferentes, tanto no quesito físico de quantidade de graus de liberdade, quanto na forma de se modelar e controlar o robô. Um dos princípios mais difundidos para modelagem é o conceito de Ponto de Momento Zero (ZMP - Zero Moment Point). Outro princípio bastante utilizado são os métodos baseados no conceito de pêndulo invertido, e suas variantes lineares e flexíveis. A diversidade de designs está presente nos modelos comerciais e nas pesquisas acadêmicas. O ramo da robótica tem uma grande variedade de modelos e projetos. Entretanto, alguns dos pontos em comum, que a maioria dos robôs bípedes possuem, é o equilíbrio durante a caminhada. Este é obtido através de atuadores nas juntas dos pés ou do quadril, tendo como paradigma seguir o modo de andar dos seres humanos. Sendo assim, o objetivo desse trabalho, foi desenvolver uma proposta de mecanismo e o seu controle, que fosse capaz de manter um robô bípede em equilíbrio durante a caminhada, sem utilizar juntas ativas nos pés ou no quadril. No desenvolvimento do trabalho, o projeto foi dividido em três etapas. A primeira consistiu no estudo do tema, investigando artigos, teses e dissertações em bases de dados, seguido da seleção de uma ou mais proposta. A melhor proposta foi selecionada pela decisão direta entre aluno e orientador. A segunda etapa foi a elaboração de um modelo que representasse a proposta definida, sendo obtido o equacionamento dinâmico, a função de transferência e o controle em malha fechada do sistema. A terceira etapa seria utilizada para fabricação do protótipo. Contudo, devido ao contexto da pandemia de Covid-19, com atividades presenciais restritas, essa etapa não pode ser desenvolvida no presente trabalho. Por fim, foi projetado um robô bípede com sete graus de liberdade, dos quais cinco são juntas atuadas. As juntas sem atuadores são as dos pés, nas quais são acoplados potenciômetros para aferir o deslocamento angular do robô, servindo como sensores da malha fechada do sistema. O funcionamento do robô é baseado no seu equilíbrio através da rotação de um contrapeso no topo no quadril. Durante a caminhada, o controle será responsável por deslocá-lo para a posição de equilíbrio, evitando que ocorra uma queda.  Devido as características instáveis, foi necessário criar um compensador, adicionando polos e zeros na malha de controle para que o equilíbrio do sistema fosse atingido. Desse modo, o modelo proposto e a malha de controle são capazes de promover estabilidade ao caminhar, sendo observado que o robô retorna para a posição de equilíbrio em 1,74 segundo, quando é imposto um distúrbio ao sistema na forma de uma entrada impulso.

 

Palavras-chave: Controle. Equilíbrio. Modelagem. Robótica. Robô bípede.

 


Palavras-chave


Palavras-chave: Controle. Equilíbrio. Modelagem. Robótica. Robô bípede.

Referências


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