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Título: Uma arquitetura de controle para um robô quadrúpede com comportamento reflexivo de estabilidade
Autor(es): Lima, Luis Eduardo Martins de
Orientador: Amaral, Paulo Faria Santos
Data do documento: 7-Dez-2007
Editor: Universidade Federal do Espírito Santo
Resumo: Esta tese apresenta uma arquitetura de controle para um robô quadrúpede com 16 graus de liberdade (4 por perna), o Guará*. A proposta de desenvolvimento desta arquitetura visa estabelecer uma plataforma de estudo de problemas inerentes a robôs móveis quadrúpedes, tais como a geração de andaduras, o controle de movimentos complexos, a transposição de obstáculos e a implementação de reflexos de estabilidade. O desafio aqui enfrentado é dotar o robô de autonomia suficiente para processar, a bordo do mesmo, o controle da locomoção e estratégias de transposição de obstáculos, através do uso de uma arquitetura que permita uma interação eficaz do robô com o ambiente em que ele navega, com custo computacional reduzido. A arquitetura de controle proposta inclui o uso de comportamento reflexivo de estabilidade. A estrutura hierárquica desta arquitetura concentra o processamento da modelagem cinemática do robô e a tomada de decisão para definição dos movimentos a serem realizados (em uma locomoção livre ou com a presença de obstáculos) no nível mais alto de controle que é o supervisor, sendo utilizada uma rede de comunicação CAN (Controller Area Network) para a distribuição das informações a serem processadas nos níveis inferiores de controle (níveis coordenador e atuador). Para permitir a interação reativa do robô com o ambiente de navegação, objetivando a estabilidade de equilíbrio, o controle do Guará faz uso de um acelerômetro de dois eixos que fornece informações para controladores nebulosos processados do nível coordenador de controle. Esta configuração define reações contra inclinações indesejáveis da plataforma do Guará (mergulho e rolagem) geradas no decorrer da locomoção. O uso do controle hierárquico contribui para a robustez da arquitetura de controle, estabelecendo no nível mais alto de controle (nível supervisor) a flexibilidade para assumir tarefas distintas e complexas (modelagem cinemática e dinâmica, mapeamento do ambiente, dentre outras), enquanto nos níveis inferiores da hierarquia de controle concentram-se as tarefas que exigem respostas imediatas a estímulos externos ou estabilização de equilíbrio do robô. ∗ O nome Guará é inspirado na espécie quadrúpede canídea denominada popularmente Lobo Guará.
This thesis presents a control architecture for a quadruped Robot with 16 degrees of freedom (4 per leg), the Guará* . The proposal to develop this architecture aims to set a problem study platform inherent to mobile four-legged robots, such as the walking generation, the complex movement control, the obstacle transposition, and the stability reflex implementation. The challenge faced herein is to endow the robot with sufficient autonomy in order to process on board, the locomotion control and the obstacle transposition strategies, through the use of an architecture which can let an effective interaction of the robot with the environment in which he is navigating, with reduced computational cost. The proposed architecture is based on the hierarchical control paradigm using reflexive behavior. The hierarchical structure of this architecture concentrates the cinematic modeling processing of the robot and the decision making to define the movements to be fulfilled (in a free locomotion or with the presence of obstacles), in the higher control level that is supervisor level, whereas a net communication CAN (Controller Area Network) is used to distribute the information to be processed in the lower level of control (coordinator and actuator level). To allow the reactive interaction of the robot with the navigation environment, focusing the balance stability, Guará’s control architecture uses a two-axis accelerometer which provides information for fuzzy controllers processed in the coordinator level. This configuration defines reactions against undesirable bending of Guará’s platform (dive and rolling) generated in the course of the locomotion. The usage of the hierarchic control contributes to the robustness of the control architecture, establishing the higher control level (supervisor level), and the flexibility to take over distinct and complex tasks (cinematic and dynamic modeling, environment mapping, among others), while lower levels of the control hierarch concentrate on the tasks which demand immediate responses to external stimulus or balance stabilization of the robot.
URI: http://repositorio.ufes.br/handle/10/4100
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