Perna robótica com capacidade de salto vertical em terrenos com desníveis

• Autores: Alberto Noboru Miyadaira
• Directores de la Tesis: Juan Carlos García García (dir. tes.), Marconi Kolm Madrid (codir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Alcalá ( España ) en 2017
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Marconi Kolm Madrid (presid.), Camila Dos Santos Escaldeira (secret.), João Mauricio Rosãrio (voc.), Filipe Jeda Fazanaro (voc.), José Raimundo de Oliveira (voc.), Fabián Andrés Lara Molina (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Electrónica: Sistemas Electrónicos Avanzados. Sistemas Inteligentes por la Universidad de Alcalá
• Materias:
  • Física
    • Electrónica
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• Resumen

  • En esta Tesis se aborda el problema del salto vertical, del tipo semi-agachado sobre superficies inclinadas, de un robot antropomorfo de una sola pierna, considerado los efectos inerciales de la pierna en el movimiento de impulsión. Se propone un método para la generación del movimiento de salto, basado en la curva de aceleración del Centro de Masas (CoM) de un robot con tres grados de libertad, sin incluir balanceo de brazos; dicha curva de aceleración se caracteriza mediante un polinomio de tercer grado con formato derivado de datos biomecánicos. La influencia de la inclinación de la superficie de apoyo en el movimiento de salto se caracteriza a partir de las variables de posición, velocidad, aceleración y par aplicados en cada articulación, y de la descomposición de las fuerzas aplicadas en el robot sobre una superficie inclinada; además también se propuso en esta Tesis un método de aproximación del perfil de par para diferentes ángulos de inclinación.

    A diferencia de la mayoría de las soluciones propuestas para la generación de los movimientos de las articulaciones, el método adoptado no introduce restricciones de Punto de Momento Cero (ZMP) y momento angular en las ecuaciones de movimiento, posibilitando así un número mayor de soluciones para la planificación de las trayectorias de las articulaciones en comparación con los métodos que aplican dichas restricciones. Sin embargo, tales restricciones se utilizan para verificar la estabilidad en la fase de impulsión y, estimar la posición y la orientación del pie en el instante del aterrizaje.

    En esta Tesis se analizaron diversas simulaciones de salto, asumiendo diferentes distribuciones de masas, posiciones del Centro de Masas y otras condiciones para los movimientos de las articulaciones, con el propósito de establecer tanto el modelo de robot más apropiado para los experimentos como la estrategia para el movimiento de impulsión que mejor se ajustase a dicho modelo.

    Para la comprobación y validación de las propuestas de esta Tesis, se diseñó y construyó un entorno de prueba experimental, compuesto por: un prototipo de robot formado por cuatro secciones (o eslabones) unidos por las juntas rotatorias correspondientes a los tres grados de libertad estudiados; una plataforma para medida de fuerzas verticales con inclinación ajustable; un sistema empotrado de adquisición y proceso de datos; y una interfaz gráfica desarrollada en LabVIEW. Los resultados experimentales obtenidos permitieron validar la propuesta de esta Tesis para el método de generación de movimiento de salto vertical, el método de aproximación del perfil de par, la estrategia aplicada en el movimiento de las articulaciones durante la fase de impulsión, la estrategia aplicada en la predicción y la corrección de la orientación del pie durante la fase aérea para compensar el efecto del momento angular y, por último, comprobar la elevada fuerza de impacto en el instante del aterrizaje.