Controle planar para a movimentação de um robô quadrúpede
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Thiago Boaventura Cunha
Pedro Américo Almeida Magalhães Junior
Pedro Américo Almeida Magalhães Junior
Resumo
Animais possuem a capacidade de locomoção em terrenos não estruturados. Na robótica é
estudada esta capacidade para execução de tarefas em ambientes industriais, de mineração,
petrolífero e de desastres. Porém, para um robô executar esta locomoção de forma eficiente
em diferentes ambientes, é necessário o planejamento dos passos assim como o controle
sincronizado das suas pernas. Esta dissertação considera um robô quadrupede com pernas
modeladas por meio das equações de Euler-Lagrange. A estratégia de controle proposta
assume um controle de impedância para cada perna, que recebe trajetórias de referências
dos padrões de marcha por meio de curvas de Bézier de 6º grau. As curvas de Bézier
são construídas com base nas velocidades das pernas por meio de um modelo cinemático
planar do corpo do robô. Por fim, um controle do corpo permite que o robô siga uma
trajetória definida. O controle das pernas, os padrões de marcha e o controle do corpo
foram implementados no Matlab e simulados no CoopeliaSim utilizando o motor de física
realista Vortex. Os resultados obtidos nas simulações demonstram que o controlador das
pernas proposto conseguiu rastrear a curva de Bézier utilizada como referência, fazendo
com que o robô se movimente com os padrões de marcha de caminhada estática e trote,
possuindo complacência a forças aplicadas nos pés. Já o controle do corpo foi capaz de
comandar o robô de forma a seguir uma trajetória de referência, definida neste caso por
uma curva Lemniscata de Bernoulli.
Abstract
Animals have the ability to move in unstructured terrain. In robotics, the ability to
perform tasks in industrial, mining, oil and disaster environments is studied. However,
for a robot to locomote efficiently in different environments, it is necessary to plan the
steps as well as to control its legs in a synchronized way. This dissertation considers a
quadruped robot with legs modeled using Euler-Lagrange equations. The proposed control
strategy assumes an impedance control for each leg, which receives reference trajectories
from gait patterns through 6th degree Bézier curves. The Bézier curves are constructed
based on leg velocities through a planar kinematic model of the robot body. Finally, a
body control allows the robot to follow a defined trajectory. Leg control, gait patterns
and body control were implemented in Matlab and simulated in CoopeliaSim using the
realistic Vortex physics engine. The results obtained in the simulations demonstrate that
the proposed leg controller was able to track the Bézier curve used as a reference, making
the robot move with static walking and trotting gait patterns, while presenting compliance
to forces applied to the feet. The body control was able to command the robot to follow a
reference trajectory, defined in this case by a Bernoulli Lemniscate curve.
Assunto
Engenharia elétrica, Robôs, Robótica, Automação, Locomoção animal, Corpo, Caminhada, Controle automático
Palavras-chave
Robôs quadrúpedes, Curvas de Bézier, Controle de impedância, Torque computado, Linearização por realimentação, Planejamento de passos e marchas