Design e construção de um robot antropomórfico

Abstract

Esta dissertação teve como objectivo a concepção e construção de um robot antropomórfico para ser usado em tarefas que envolvam interacção e coordena¬ção com humanos. Partindo do objectivo principal o trabalho foi estruturado em várias tarefas: i) concepção e dimensionamento da estrutura para o robot; ii) a selecção de um sistema de visão adequado; iii) a integração de todos os disposi¬tivo'S necessários (braço, mão, unidade Pan-Tilt e câmaras); iv) a identificação e cálculo das coordenadas 3D de objectos. A estrutura do robot foi projectada não só para suportar o peso de todos os componentes que compõem este, mas também e muito importante, para garantir estabilidade mesmo em situações em que o braço executa movimentos bruscos. O tamanho e a forma da estrutura apresentam medidas antropométricas de modo a conferir ao robot um aspecto humanóide, por forma a aumentar a aceitabilidade por parte dos humanos. O robot está equipado com um braço de 7 DoF, similar ao de um humano, e uma mão artificial com 4 graus de liberdade. O conjunto braço + mão permite ao robot agarrar e manipular objectos, de modo similar à acção humana. O pescoço, de 2 graus de liberdade (neste caso uma unidade Pan¬Tilt), permite ao robot alterar o sítio para onde direcciona o olhar, conseguindo desta forma focar a atenção em áreas diferentes do ambiente. N a escolha do sistema de visão foi tido em consideração o ambiente em que se insere o robot, o campo de visão necessário, assim como o seu preço e desempenho, tendo-se conseguido atingir uma boa relação qualidade preço. O cálculo das coordenadas 3D de objectos, foi feito combinando técnicas de processamento de imagem para a identificação de objectos com imagens stereo obtidas do sistema de visão seleccionado. O robot está actualmente a ser usado em vários projectos de investigação (nacionais e internacionais) que abordam vários aspectos/problemas relacionados com a interacção e colaboração próxima entre humanos e robots.

The focus of this work was the design and construction of an anthropomorphic robot to be used in tasks that involve dose physical interaction and coordination with humans. The work was structured in several sub-tasks: i) design and cons¬truction of the robot's structure; ii) selection of an adequate vision system; iii) integration of all the required devices (arm, hand, pan-tilt unit and cameras); iv) identify and calculate 3D coordinates of objects. The robot's structure was designed not only to withstand the weight of alI the components, but also and very important, to ensure the stability even in situations where the arm performs harsh movements. The size and shape of the structure have anthropometric measures, giving the robot a human-like form to increase the acceptability by humans. The robot is equipped with an anthropomorphic 7 DoF arm, a dexterous artificial hand with 4 DoF. The set arm + hand allows the robot to grasp and manipulate objects in a human-like way. The robot has a 2 DoF neck (Pan- Tilt unit) that allows the robot to change the direction where is looking, being able to focus the attention in different areas of the environment. ln the selection of the vision system, it was taken into account: the environ-ment where the robot is; the required field of view; the price and the performance. A good ratio between quality and price was achieved. The calculation of 3D coordinates was made combining image processing techniques for object identification with stereo images acquired by the vision system. The robot is currently being used in several research projects (national and international) that address many aspects problems related with dose human-robot interaction and coordination.