Orientador: Prof. Dr. Filipe Silva (DETI-IEETA) Co-Orientador: Prof. Dr. Vítor Santos (DEM-TEMA)

1. Desenvolvimento dos Sistemas Sensorial e Motor para um Robô Humanóide Miguel Antunes da Fonseca RibeiroMestrado Integrado em Engenharia Electrónica e Telecomunicações17 de Dezembro de 2010 Orientador: Prof. Dr. Filipe Silva (DETI-IEETA) Co-Orientador: Prof. Dr. Vítor Santos (DEM-TEMA)

2. Desenvolvimento dos Sistemas Sensorial e Motor para um Robô Humanóide Resumo • Objectivos do trabalho • Enquadramento • Unidade Slave • Servomotores digitais • Sensores de Força • Integração dos Sistemas Sensorial e Motor • Controlo Experimental de uma Perna • Conclusões • Trabalho Futuro

3. Desenvolvimento dos Sistemas Sensorial e Motor para um Robô Humanóide Enquadramento • Projecto Humanóide da Universidade de Aveiro • Arquitectura Distribuída • 12 Graus de Liberdade • 12 Servomotores • 2 analógicos • 10 digitais • 8 sensores de força

4. Desenvolvimento dos Sistemas Sensorial e Motor para um Robô Humanóide Objectivos • Projectar e conceber a unidade de controlo, baseada em microcontrolador PIC; • Estudar e avaliar o desempenho dos principais componentes (servomotores e sensores de força); • Efectuar a integração da unidade controladora e de todos os elementos activos e passivos; • Realizar ensaios experimentais de controlo usando uma perna do robô humanóide.

5. UNIDADESLAVE Desenvolvimento dos Sistemas Sensorial e Motor para um Robô Humanóide Diagrama de Blocos

6. UNIDADESLAVE Desenvolvimento dos Sistemas Sensorial e Motor para um Robô Humanóide CAN vs. ECAN

7. UNIDADESLAVE Desenvolvimento dos Sistemas Sensorial e Motor para um Robô Humanóide µControlador

8. UNIDADESLAVE Desenvolvimento dos Sistemas Sensorial e Motor para um Robô Humanóide PCB para teste µC ADC MPLab ICD2 ID UART PWM ECAN

9. UNIDADESLAVE Desenvolvimento dos Sistemas Sensorial e Motor para um Robô Humanóide Ambiente de teste amplificadores de instrumentação Linhas de alimentação RS-232 Interruptor dos servos MAX 3223 ID µC Transceiver ADC ECAN

10. SERVOMOTORES Desenvolvimento dos Sistemas Sensorial e Motor para um Robô Humanóide Características

11. SERVOMOTORES Desenvolvimento dos Sistemas Sensorial e Motor para um Robô Humanóide Modos de Comunicação • Standard Pulse • Pulso entre 550µs e 2450µs; • Excursão aumenta 10º.

12. SERVOMOTORES Desenvolvimento dos Sistemas Sensorial e Motor para um Robô Humanóide Modos de Comunicação • Extended Pulse • Extensão do modo Standard; • Permite feedback de posição.

13. SERVOMOTORES Desenvolvimento dos Sistemas Sensorial e Motor para um Robô Humanóide Modos de Comunicação • Bidirectional Serial Interface

14. +[6.0;7.4] V TX 2,2KΩ 3 TERMINAL DO SERVO RX 2 GND 5 SERVOMOTORES Desenvolvimento dos Sistemas Sensorial e Motor para um Robô Humanóide Ligação Eléctrica • Uma única linha para comunicação de dados (saída open-collector); • Permite ligar até 256 servomotores.

15. SERVOMOTORES Desenvolvimento dos Sistemas Sensorial e Motor para um Robô Humanóide Ambiente para Ensaio

16. SERVOMOTORES: Resultados Desenvolvimento dos Sistemas Sensorial e Motor para um Robô Humanóide Leitura de Posição (sem carga)

17. SERVOMOTORES: Resultados Desenvolvimento dos Sistemas Sensorial e Motor para um Robô Humanóide Leitura de Posição (com carga e velocidade a 50%)

18. SERVOMOTORES: Resultados Desenvolvimento dos Sistemas Sensorial e Motor para um Robô Humanóide Velocidade Máxima (sem carga)

19. SERVOMOTORES: Resultados Desenvolvimento dos Sistemas Sensorial e Motor para um Robô Humanóide Partilha do Barramento(1 servo e velocidade a 25%)

20. SERVOMOTORES: Resultados Desenvolvimento dos Sistemas Sensorial e Motor para um Robô Humanóide Partilha do Barramento(2 servos e velocidade a 25%)

21. SERVOMOTORES: Resultados Desenvolvimento dos Sistemas Sensorial e Motor para um Robô Humanóide Partilha do Barramento(3 servos e velocidade a 25%)

22. SERVOMOTORES: Resultados Desenvolvimento dos Sistemas Sensorial e Motor para um Robô Humanóide Partilha do Barramento

23. Desenvolvimento dos Sistemas Sensorial e Motor para um Robô Humanóide Sensores de Força • Referência: Interface LBS-5 • Capacidade: 5 lbf ≈ 2.27 kgf • Tensão de excitação: 5 Vdc • Sensibilidade: 2 mV/V • Resistência: 350 Ω • Compensação de temperatura

24. Desenvolvimento dos Sistemas Sensorial e Motor para um Robô Humanóide Objectivos • Projectar e conceber a unidade de controlo, baseada em microcontrolador PIC; • Estudar e avaliar o desempenho dos principais componentes (servomotores e sensores de força); • Efectuar a integração da unidade controladora e de todos os elementos activos e passivos; • Realizar ensaios experimentais de controlo usando uma perna do robô humanóide.

25. Desenvolvimento dos Sistemas Sensorial e Motor para um Robô Humanóide Integração dos Sistemas Sensorial e Motor

26. Desenvolvimento dos Sistemas Sensorial e Motor para um Robô Humanóide Modelação de uma Perna

27. Desenvolvimento dos Sistemas Sensorial e Motor para um Robô Humanóide Objectivos • Projectar e conceber a unidade de controlo, baseada em microcontrolador PIC; • Estudar e avaliar o desempenho dos principais componentes (servomotores e sensores de força); • Efectuar a integração da unidade controladora e de todos os elementos activos e passivos; • Realizar ensaios experimentais de controlo usando uma perna do robô humanóide.

28. Desenvolvimento dos Sistemas Sensorial e Motor para um Robô Humanóide Controlo Experimental de uma Perna

29. Desenvolvimento dos Sistemas Sensorial e Motor para um Robô Humanóide Controlo Experimental de uma Perna

30. SENSORES DE FORÇA Desenvolvimento dos Sistemas Sensorial e Motor para um Robô Humanóide Centro de Pressão

31. SENSORES DE FORÇA Desenvolvimento dos Sistemas Sensorial e Motor para um Robô Humanóide Centro de Pressão

32. Desenvolvimento dos Sistemas Sensorial e Motor para um Robô Humanóide Conclusões (1) • Desempenho dos componentes adquiridos: • Servomotores: • Retorno da posição inferior a 1º; • Velocidade máxima não atingida; • Alguma probabilidade de erro quando existe partilha do barramento; • Sensores de força: • Desempenho estático e dinâmico satisfatório; • Dados bastante aceitáveis mesmo sem filtro. • Microcontrolador: • Cumpre com as exigências matemáticas exigidas.

33. Desenvolvimento dos Sistemas Sensorial e Motor para um Robô Humanóide Conclusões (2) • Placa de circuito impresso foi suficiente para validar os componentes electrónicos; • Integração da unidade controladora, dos servomotores e dos sensores de força concluída com êxito, mas sujeito a melhorias; • Ensaios experimentais da perna humanóide: • Validação do desempenho electromecânico; • Identificação de limitações mecânicas.

34. Desenvolvimento dos Sistemas Sensorial e Motor para um Robô Humanóide Trabalho futuro • Inclusão de potenciómetros digitais; • Integração dos sensores inerciais numa rede CAN isolada; • Reavaliação da dimensão das polias do tornozelo; • Conceber a melhor solução para integrar, de forma homogénea, os sensores de força na planta do pé.

35. Desenvolvimento dos Sistemas Sensorial e Motor para um Robô Humanóide Miguel Antunes da Fonseca RibeiroMestrado Integrado em Engenharia Electrónica e Telecomunicações17 de Dezembro de 2010 Orientador: Prof. Dr. Filipe Silva (DETI-IEETA) Co-Orientador: Prof. Dr. Vítor Santos (DEM-TEMA)