Controle planar para a movimentação de um robô quadrúpede
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2023 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFMG |
Texto Completo: | http://hdl.handle.net/1843/55549 |
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. |
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Gustavo Medeiros Freitashttp://lattes.cnpq.br/7498475817486314Thiago Boaventura CunhaPedro Américo Almeida Magalhães Juniorhttp://lattes.cnpq.br/1817642300572178Gabriel Duarte Gonçalves Pedro2023-06-29T17:14:45Z2023-06-29T17:14:45Z2023-04-27http://hdl.handle.net/1843/55549Animais 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.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.CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorporUniversidade Federal de Minas GeraisPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaUFMGBrasilENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICAEngenharia elétricaRobôsRobóticaAutomaçãoLocomoção animalCorpoCaminhadaControle automáticoRobôs quadrúpedesCurvas de BézierControle de impedânciaTorque computadoLinearização por realimentaçãoPlanejamento de passos e marchasControle planar para a movimentação de um robô quadrúpedeinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFMGinstname:Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)instacron:UFMGORIGINALDissertacao_Gabriel_Duarte - Controle planar para a movimentação de um robô quadrúpede - final.pdfDissertacao_Gabriel_Duarte - Controle planar para a movimentação de um robô quadrúpede - final.pdfapplication/pdf10067075https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/55549/5/Dissertacao_Gabriel_Duarte%20-%20Controle%20planar%20para%20a%20movimenta%c3%a7%c3%a3o%20de%20um%20rob%c3%b4%20quadr%c3%bapede%20-%20final.pdfc484d986150c74a8ad7b4c2429db732bMD55LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-82118https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/55549/6/license.txtcda590c95a0b51b4d15f60c9642ca272MD561843/555492023-06-29 14:14:45.436oai:repositorio.ufmg.br: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ório de PublicaçõesPUBhttps://repositorio.ufmg.br/oaiopendoar:2023-06-29T17:14:45Repositório Institucional da UFMG - Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)false |
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