Dissertação de mestrado integrado em Engenharia BiomédicaIn the growing fields of rehabilitation robotics, prosthetics, and walking robots, the
modeling of a real robot is a complex and passionate challenge. On the crossing point of
mechanics, physics and computer-science, the development of a complete model involves
multiple tasks ranging from the 3D modeling of the different body parts, the measure of the
different physic properties, the understanding of the requirements for an accurate simulation, to
the development of a robotic controller.
In order to minimize large forces due to shocks, to safely interact with the user or the
environment, and knowing the ability of passive elastic elements to store and release energy,
compliant mechanisms are increasingly being applied in robots applications.
This work aims to the elaboration of an accurate efficient three-dimensional model of the
legs of the quadruped Bioloid robot and the development of a world showing the effect on
WebotsTM simulation software developed by Cyberbotics Ltd. The goal was to design a segmented
pantographic leg with compliant joints, in order to actively retract the collision and the impact of
the quadruped legs with the ground during locomotion. Geometrical and mechanical limits have
to be evaluated and considered for the modeling setup.
Finally a controller based on the use of Central Pattern Generators was improved in order
to adapt to the novel model and simple tests were performed in the WebotsTM, rendering a 3D
model simulation for the different values of spring-damping coefficients at the legs knee joint.
Through the a MATLAB® algorithm, the characterization of the joint angles during simulation was
possible to be assessed.A modelação de um robot real é um desafio complexo e fascinante na crescente área da
Robótica, que engloba desde robots de reabilitação, próteses a uma diversidade de outros
dispositivos locomotores. No cruzamento da mecânica com a física e as ciências
computacionais, o desenvolvimento de um modelo completo envolve várias tarefas que vão
desde a modelação 3D das diferentes partes do corpo, a medição das propriedades físicos
inerentes, a compreensão dos requisitos para uma simulação precisa bem como a aplicação de
um controlador robótico.
A fim de minimizar grandes forças devido a choques, interagir com segurança com o
utilizador ou o ambiente e conhecendo a capacidade de armazenagem de energia por parte de
elementos elásticos passivos, um sistema de amortecimento-mola demonstra ser uma aplicação
de crescente interesse na Robótica.
Este trabalho visa a elaboração de um modelo tridimensional eficiente e preciso das
pernas do robô quadrúpede Bioloid a ser reproduzido num mundo no software WebotsTM
desenvolvido pela Cyberbotics Ltd. O objectivo foi desenhar uma perna pantográfica segmentada
tridimensional a ser aplicada em paralelo com um sistema de amortecimento-mola de forma a
retrair activamente a colisão e o impacto das patas do quadrúpede com o solo durante a
locomoção. Deste modo para uma configuração do modelo bem sucedida são tidos em conta
limites geométricos e mecânicos.
Por ultimo, o controlador com base no uso de ‘Central Pattern Generators’ foi melhorado
a fim de se adaptar ao novo modelo e por conseguinte foram realizados testes simples usando o
simulador WebotsTM. Nesta parte experimental é realizada a simulação do modelo permitindo
avaliar o comportamento do modelo 3D para diferentes valores de coeficientes de mola e de
amortecimento aplicados a nível do joelho da perna. Através de um algoritmo MATLAB® é
possível caracterizar e analisar o comportamento doa ângulos das juntas durante a simulação