Especificação de tarefas primitivas para o controle da locomoção de robôs quadrúpedes

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Paula, Daniel Teixeira de
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Palavras-chave em Português: Controle da locomoção; Robôs quadrúpedes; Tarefas primitivas; Locomotion control; Quadruped robots; Task primitives
• Link de acesso: https://hdl.handle.net/11449/255807

Para além das impressionantes façanhas acrobáticas, a principal motivação para o desenvolvimento de robôs com patas reside em sua capacidade para se deslocar nos variados tipos de ambiente, um aspecto fundamental para aplicações críticas envolvendo risco a integridade humana como a inspeção em áreas de difícil acesso, operações de busca e salvamento ou até mesmo a exploração espacial. Na natureza, a forma com que os animais escolhem se locomover depende da importância relativa atribuída a aspectos característicos como a velocidade, aceleração, custo energético, e resiliência. Cada um desses aspectos pode ser interpretado como resultado da associação de múltiplas tarefas primitivas representando funções dos estados do sistema, dando indícios que uma estratégia de controle projetada para o controle da locomoção de um robô com patas precisa ser capaz de atender a múltiplos objetivos, possivelmente conflitantes, simultânea e harmoniosamente, no entanto, isso não significa que o controle deva considerar todas as possíveis tarefas dado que frequentemente é necessário moderar sua funcionalidade em virtude das inerentes limitações do sistema. Como definir o grau de complexidade do controle necessário para viabilizar a locomoção com patas de forma adequada permanece uma pergunta sem resposta definitiva. Nesse sentido, este trabalho investiga como a gradual incorporação de tarefas primitivas e a respectiva elevação da complexidade influencia o desempenho do controle da locomoção quadrúpede. Com um enfoque no controle do movimento, este estudo envolve a análise de desempenho para locomoção com patas de estratégias de controle com diferentes níveis de complexidade, incluindo o controle cinemático, o controle de impedância, e o controle de corpo inteiro. Os sistemas propostos são implementados em simulação através de um protótipo virtual desenvolvido no Simulink com o toolbox Simscape Multibody. Ademais, são realizados ensaios para avaliar o efeito do impacto com o solo e verificar o desempenho da locomoção usando a marcha trote. Os resultados evidenciaram que a qualidade de rastreamento da trajetória das patas por si só não foi suficiente para permitir a locomoção. Ao considerar o efeito das forças advindas da interação com o solo, o robô foi capaz de se locomover adequadamente, mantendo o equilíbrio e se deslocando com uma velocidade próxima da estimada. Dentre as estratégias para o controle do movimento propostas, o controle de corpo inteiro obteve o melhor desempenho para locomoção, apresentando funcionalidade adicional além de reduzido consumo energético. Por fim, são sugeridos aspectos que podem ser melhor explorados em trabalhos futuros para expandir a abrangência dos resultados obtidos neste trabalho.