Projeto, construção e controlo de um pescoço antropomórfico de um robô

Abstract

A população tem procurado sempre por meios de desenvolvimento de máquinas inteligentes para futuro emprego numa variedade de áreas e aplicações, o que levou a um tremendo avanço na área da robótica nos últimos anos. Os robôs antropomórficos existem desde a segunda metade do século XX e apresentam-se como uma ótima solução em ambientes e tarefas que requerem a interação com o ser humano, como em fins educativos, de auxílio e entretenimento. A presente dissertação apresenta como principal objetivo a construção e controlo de um pescoço antropomórfico para o robô CHARMIE (Collaborative Healthcare/Home Assistance by Minho Industrial Electronics), um robô a ser desenvolvido no LAR (Laboratório de Automação e Robótica da Universidade do Minho) que tem como função o auxílio da população mais velha em ambientes domésticos, de saúde e de instalações auxiliares. O pescoço deve ser capaz de se movimentar como um pescoço humano, detetando e rastreando objetos através de visão por computador. Após uma introdução ao tema, é realizada a revisão bibliográfica dos conceitos relevantes para a execução do tema. De seguida, é abordado o projeto mecânico, onde são exibidos todos os requisitos iniciais, escolhido o mecanismo do pescoço, e modelado e construída a solução final. Devido a problemas de compatibilidade com o Arduíno, o modelo do pescoço sofreu alterações em relação aos requisitos iniciais. Posteriormente à construção do pescoço, é desenvolvido o seu controlo. A cinemática direta e o seu espaço de trabalho são calculados e os algoritmos de visão por computador, utilizando Python, e Arduíno são explicados, bem como a sua ligação. No final deste capítulo, são exibidos os testes experimentais realizados. Por fim, com o pescoço concluído, a solução final conseguida é avaliada em relação aos objetivos e requisitos inicias propostos, apresentando os resultados e as suas conclusões.

People have always been looking for ways to develop intelligent machines for further employment in a variety of areas and applications, which has led to a tremendous advance in robotics in recent years. Anthropomorphic robots have been around since the second half of the 20th century and present an optimal solution in environments and tasks that require human interaction, such as education, assistance, and entertainment. The main goal of this dissertation is the construction and control of CHARMIE's neck, an anthropomorphic robot, in LAR (Laboratory of Automation and Robotics of University of Minho). Its purpose is the assistance of elders in domestic, healthcare, and ancillary facilities settings. The neck must be able to move like a human neck, detecting and tracking objects through computer vision. After an introduction, a bibliographic review of the concepts is carried out. Furthermore, the mechanical project of the neck is approached, the initial requirements are exhibited, the neck mechanism is chosen, and the final model is designed and built. Due to Arduino compatibility issues, the neck model had to be changed concerning its initial requirements. Next to its construction, the control of the neck is developed. Direct kinematics and the workspace of the neck are computed and the algorithms of computer vision, using python, and Arduino are explained. At the end of this chapter, the experimental tests were displayed. The final solution is evaluated using the initial goals and requirements, and the results and conclusions are presented.