�rea Cient�fica: Robótica
Controlador por Impedância aplicado a uma prótese transtibial
Publicada a 2017-01-25
Aluno: Nuno Martins Magalhães        N�mero: a68537        Email: a68537@alunos.uminho.pt
Data in�cio: 01/10/2016   

Orientador(es):
Nome: Cristina Manuela Peixoto dos Santos
Email: cristina@dei.uminho.pt   

Descri��o:

Esta dissertação foca-se no estudo do controlo por impedâncias. O objetivo principal deste trabalho será a utilização do “Simple” Impedance Controller como controlador para uma prótese transtibial.
O uso de um controlador de impedâncias como o “Simple” Impedance Controller traz algumas vantagens em relação aos controladores convencionais, como uma resposta mais controlada quando ocorrem contactos ou interações com o ambiente e a possibilidade de poderem trabalhar perto e nas singularidades
O trabalho inicia-se com a familiarização com o controlo por impedâncias, mais concretamente com o controlador escolhido, sendo este implementado como o controlador de um braço planar com dois graus de liberdade (DOFs), simulado no MATLAB. É apresentado posteriormente uma simulação no Webots do mesmo braço planar com dois DOFs recorrendo ao mesmo controlador. Depois da familiarização, o controlador será implementado numa prótese transtibial que será utilizada pelo robô Darwin-OP. Esta implementação é simulada no Webots e seguida pela implementação em testes reais usando o robô Darwin e um protótipo da prótese.
A dissertação inclui a montagem do sistema real e a escolha do hardware adequado e da sua implementação.
Serão também delineadas as experiências necessárias para validação do controlador proposto, assim como a definição das métricas para avaliação do desempenho.


Objectivos:

O objetivo principal desta dissertação é a síntese, simulação e a implementação do controlo de uma prótese transtibial simulada, sendo depois, aplicado numa prótese transtibial construída para o robô bípede Darwin-OP. O controlo mencionado será feito via um controlador de interações, mais concretamente, um controlador por impedâncias chamado “Simple” Impedance Controller.
Este planeamento inclui também a parametrização da stifness e damping do controlador com base no comportamento desejado. Serão delineadas experiências de forma a validar o princípio.
Para se conseguir completar este objetivo, é necessário primeiro familiarizar-se com o tipo de controlo, bem como o ambiente de simulação que será utilizado, que neste caso é o Webots.
Estes primeiros passos, são seguidos da implementação do controlador “SImple” Impedance Controller, num braço planar com dois graus de liberdade no MATLAB e pela implementação do mesmo braço planar com dois graus de liberdade no Webots. Seguidamente, vai-se proceder à geração de marcha bípede simulada explorando este controlador.
Após os testes aos dois braços referidos, inicia-se a implementação do controlador na prótese simulada e posteriormente no robô real, seguida da análise dos resultados obtidos.
Esta dissertação endereça também a participação no projeto mecânico da prótese, em SOLIDWORKS; na construção do modelo real; e no desenvolvimento do Hardware e Software necessário para a controlar. Para tal, será necessário projetar todos os circuitos eletrónicos para controlar em corrente um motor DC. Adicionalmente, é também necessário instrumentar a prótese com sensores para recolha da informação da marcha e delinear/ajustar a máquina de estados necessária para a deteção desta.


Palavras chave:
Impedance Control, Robô Bípede, Interação Mecânica

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