Desenvolvimento de uma plataforma móvel omnidirecional baseada em rodas Mecanum com gestão otimizada da energia

Abstract

O uso de sistemas de direção não-omnidirecionais em plataformas móveis (nomeadamente em robôs móveis) constitui uma severa limitação em termos de liberdade de movimentos. Este facto leva a um aumento da complexidade dos algoritmos responsáveis pela geração dinâmica das trajetórias, pode implicar um gasto supérfluo de energia, maiores tempos de resposta e resulta ainda na dificuldade ou até impossibilidade de executar determinadas tarefas, em locais congestionados onde o espaço disponível é reduzido. Por outro lado, o elevado tempo de carga das baterias também constitui uma importante limitação em plataformas móveis, uma vez que, quando estas se encontram imobilizadas a carregar, normalmente não são produtivas. O principal objetivo desta dissertação consiste no desenvolvimento de uma plataforma móvel omnidirecional baseada em 4 rodas Mecanum, possuidora de um sistema de alimentação energeticamente otimizado e totalmente incorporado nela, que lhe confira uma autonomia de algumas dezenas de minutos apos um período de carregamento de alguns minutos A autonomia deve ser de algumas horas quando não há restrições temporais para se efetuar o carregamento. A plataforma desenvolvida, além de possibilitar um controlo sobre os 3 graus de liberdade do seu sistema de direção, incorpora um sistema de alimentação que lhe confere uma autonomia de 23 minutos e 13 segundos após um tempo de carregamento de 3 minutos e 42 segundos. Quando não há restrições temporais para se efetuar o carregamento, a autonomia é de aproximadamente 9 horas e 40 minutos após um tempo de carregamento de 8 horas e 30 minutos. O sistema de alimentação recorre a uma bateria de ácido-chumbo e a um módulo de ultracondensadores como elementos de armazenamento de energia. Desenvolveu-se também uma aplicação gráfica em C# e um sistema de telecomando baseado numa IMU que possibilitam o controlo remoto da plataforma móvel através de uma rede baseada no protocolo /EEE802.15.4. A aplicação gráfica permite ainda a monitorização de diversos parâmetros inerentes ao funcionamento da plataforma móvel. Desta forma, todos os objetivos propostos foram atingidos.

The use of non-omnidirectional steering systems in mobile platforms (namely in mobile robots) constitutes a severe limitation in terms of freedom of movements. This fact leads to an increased complexity of the algorithms responsible for the dynamic generation of the trajectories, it may imply a superfluous expenditure of energy, higher response times and it still results in the difficulty or even impossibility of performing certain tasks in congested locations where the available space is reduced. On the other hand, the large charging time required by batteries is also an important limitation in mobile platforms because, when they are immobilized for charging, normally they are not productive. The main goal of this dissertation is the development of an omnidirectional mobile platform based on 4 Mecanum wheels, possessor of an energetically optimized and fully incorporated power supply system on it, which provides to the mobile platform an autonomy of some tens of minutes after a charging time of a few minutes. Furthermore, the autonomy should be of some hours when there are no time constraints to perform charging. The developed mobile platform, in addition of providing a control over the 3 degrees of freedom of its steering system, incorporates a power supply system that provides 23 minutes and 13 seconds of autonomy after a charging time of 3 minutes and 42 seconds. When there are no time constraints to perform the charging, the autonomy is of approximately 9 hours and 40 minutes after a charging time of approximately 8 hours and 30 minutes. The power supply system uses a lead-acid battery and an ultracapacitors module as energy storage devices. lt was also developed a graphical application in C# language and a remote control system based on an IMU that enable remote control of the mobile platform through a network based on the IEEE 802.15.4 protocol. Furthermore, the graphical application provides the monitoring of some parameters associated to the operation of the mobile platform. Thus, all the proposed goals were achieved.