Use este identificador para citar ou linkar para este item:
http://hdl.handle.net/1843/BUBD-A5FLCJ
Tipo: | Dissertação de Mestrado |
Título: | Gait and balance kinematic control for a humanoid robot based on dual quaternion algebra |
Autor(es): | Ana Christine de Oliveira |
Primeiro Orientador: | Bruno Vilhena Adorno |
Primeiro membro da banca : | Guilherme Vianna Raffo |
Segundo membro da banca: | Leonardo Antonio Borges Torres |
Resumo: | Este trabalho apresenta uma nova metodologia baseada na álgebra de quatérnios duais (QDs) para obter o modelo cinemático de um robô humanóide e propõe uma estratégia de controle que satisfaz as restrições cinemáticas que garantem uma caminhada estável. O método de modelagem apresentado consiste de três etapas: modelagem dos membros do robô, modelagem do centro de massa e modelagem do comportamento cooperativo das pernas, utilizando o Espaço de Cooperação Dual. As vantagens deste novo método de modelagem são a sua compacidade e menor esforço computacional demandado para calcular o modelo, quando comparado com métodos baseados em matrizes de transformação homogêneas (MTH), uma vez que os QDs têm apenas oito parâmetros, enquanto as MTHs têm doze, e também porque a multiplicação de QDs é mais barata computacionalmente que a multiplicação de MTHs. Além disso, os seus coeficientes podem ser diretamente utilizados na lei de controle, ao contrário das MTHs. A estratégia de controle foi projetada utilizando a pseudoinversa da matriz Jacobiana, a qual representa a tarefa da caminhada, com um termo de feed-forward de velocidade, e uma tarefa adicional, projetada para manter os braços próximos de uma configuração desejada, foi incluída no espaço nulo desta matriz Jacobiana. O modelo obtido, bem como o controlador proposto, foram validados utilizando o software de simulação de realidade virtual para sistemas robóticos V-REP. Foi verificado que os dados estimados utilizando o modelo e os valores medidos se aproximaram bastante, evidenciando que o método de modelagem é preciso e fornece informações confiáveis. Além disso, o robô controlado pela estratégia proposta foi capaz de executar diferentes movimentos de caminhada com sucesso e foi capaz de manter o equilíbrio até mesmo quando os braços estavam se movendo. Este trabalho é a primeira etapa do Projeto Popeye, cujo objetivo geral é construir uma plataforma de testes para um robô humanóide real. Como trabalhos futuros, propõe-se a implementação dos métodos apresentados em um robô real; a redução do tempo de resposta dos controladores das juntas através do ajuste de seus ganhos; a melhoria da estratégia de controle para garantir a rejeição de perturbações e a implementação dos métodos em uma linguagem de programação que garanta um tempo de latência menor. |
Abstract: | In this work, we present a novel method to obtain the kinematic model for a humanoid robot based on dual quaternion (DQ) algebra, and propose a control strategy that fulfills the kinematic constraints for a balanced gait. The modeling method consists of three stages: the robot's limbs modeling, the center of mass modeling, and the legs cooperative behavior modeling using the Cooperative Dual Task-Space Framework. The advantages of the novel modeling method are its compactness and lower computational effort required to calculate the model, when compared with methods based on homogeneous transformation matrices (HTMs), since DQs has only eight parameters whereas HTMs has twelve, and also because DQs multiplications are less expensive than HTMs multiplications. In addition, its coefficients can be directly used in a control law, differently from HTMs. The presented control strategy was designed using the pseudo-inverse of a Jacobian matrix representing the locomotion task with a velocity feed-forward term, and an additional task, designed to keep the arms close to the desired configuration, was included in the null space of this Jacobian matrix. We validated the obtained model and the proposed controller using the virtual reality simulation software for robotic systems V-REP. The data estimated using the model and the measured values were very close, showing that the modeling method is accurate and provides reliable information. Furthermore, the robot successfully performed different walking motions when controlled by the proposed strategy, and was capable of keeping the balance even when the arms were moving. This work is the first stage of the Popeye Project, whose goal is to build a test framework for a real humanoid robot. As future works, we intend to implement the proposed methods in a real robot; to reduce the time response of the joints controllers by adjusting their gains; to enhance the control strategy to guarantee disturbances rejection; and to implement the methods in a programming language that guarantees a lower latency time. |
Assunto: | Engenharia elétrica |
Idioma: | Inglês |
Editor: | Universidade Federal de Minas Gerais |
Sigla da Instituição: | UFMG |
Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
URI: | http://hdl.handle.net/1843/BUBD-A5FLCJ |
Data do documento: | 3-Nov-2015 |
Aparece nas coleções: | Dissertações de Mestrado |
Arquivos associados a este item:
Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
---|---|---|---|---|
master_thesis_oliveira_anafinal.pdf | 10.77 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |
Os itens no repositório estão protegidos por copyright, com todos os direitos reservados, salvo quando é indicado o contrário.