Conceção e construção de um protótipo robótico hexápode com módulos bípedes

Abstract

Os robôs móveis são um mercado em expansão e de elevado interesse graças à possibilidade de aplicação em várias áreas como reconhecimento de terreno, missões de busca e resgate, agricultura, etc. A mobilidade destes robôs assenta no uso de rodas, lagartas, pernas, ou uma combinação destas tipologias. Os robôs bio inspirados (com pernas) têm uma base de inspiração biológica, que pode ser o Homem, outros mamíferos ou insetos. Esta tipologia de robôs é muito interessante devido à sua elevada flexibilidade que permite substituir o homem em tarefas perigosas. Os robôs bio inspirados, são geralmente do tipo bípede, quadrúpede ou hexápode, contudo, alterações na cadeia cinemática típica destas tipologias permitem expandir as capacidades e campos de aplicação destes robôs. Os robôs hexápodes apresentam maior flexibilidade, contudo, são mais complexos. O presente trabalho apresenta uma proposta inovadora para robôs hexápodes através da simplificação do modelo cinemático tradicional e a introdução do conceito de modularidade em robôs bio inspirados. Para alcançar este objetivo as pernas do robô são dispostas aos pares formando estruturas independentes que são as unidades básicas da locomoção, os módulos bípedes. Os módulos bípedes permitem reduzir o número de graus de liberdade do robô e tornar o controlo idêntico e repetível em todos os módulos, o que contribui para a simplificação do mesmo. O desenvolvimento deste projeto consiste na evolução do conceito inicial através do modelo antropométrico, estudo estático, estudo cinemático, construção das trajetórias do robô e desenvolvimento do controlo, que permitem obter um modelo final bem definido. A segunda fase do projeto consiste na construção do protótipo com base no modelo final e considerações práticas, para depois poder proceder à realização dos testes de avaliação de desempenho. No desenvolvimento deste trabalho é possível perceber como a introdução dos módulos bípedes permite simplificar o controlo do robô hexápode e tornar simples o processo de integração para outras configurações modulares. Os testes práticos permitiram validar este conceito inovador e ainda avaliar a influência do atrito e altura trocantérica na performance.

Mobile robots are a growing market of high interest thanks to the possibility of application in several areas such as, terrain recognition, search and rescue missions, agriculture, etc. The mobility of these robots relies on the use of wheels, tracks, legs, or a combination of these types. Bio inspired legged robots come from biological inspiration, this inspiration can come from humans, other mammals, or insects. These types of robots are very interesting thanks to its high flexibility that allows to replace humans in dangerous situations. Bio inspired robots are usually biped, quadruped, or hexapod, however, changes in the typical kinematic configuration can expand their capabilities and application fields. Hexapod robots are the most flexible robots; however, they are the most complex to. This works presents a novel proposal for hexapod robots through the simplification of the traditional kinematic model and the introduction of modularity into bio inspired robots. To achieve this gold the legs are disposed in pairs that form independent structures, these are the basic unities of locomotion, the biped modules. The biped modules allow to decrease the number of degrees of freedom of the robot and make the control identical and repeatable in all the modules, therefore simplifying the system. The development of this project is based on the evolution of the initial concept through the anthropometric model, static study, kinematic study, robot trajectories construction and development of the control, that allow to get a well-defined final model. The second phase is the construction of the prototype based on this final model and practical considerations, to then be able to execute the performance evaluation tests. In the development of this work is possible to understand how the introduction of the biped modules allows to simplify the control of the hexapod robot and make the process of integration of more modules simple. The practical tests allowed to validate this novel concept and evaluate the performance of friction and trochanteric height.