Simulação de Robôs Quadrúpedes Utilizando o SimMechanics

Desde sempre o Homem procurou automatizar tarefas repetitivas. Tanto na indústria como no sector doméstico ou de comércio estão constantemente a surgir novos equipamentos procurando aumentar o nível de automação de diversas tarefas. A necessidade de empresas criadoras de produtos inovadores se manterem concorrenciais obrigou à adopção de métodos de projecto e planeamento mais estruturados e eficientes que eliminem os desperdícios tanto de material como de tempo. Diversas construções em termos orçamentais e o aumento da procura de produtos de alta qualidade a baixo custo deu origem a um novo tipo de programas, os programas de simulação virtual. Tal como na indústria, também na investigação nas Instituições de Ensino Superior se procuram adoptar os métodos de trabalho mais eficientes possíveis. Uma parte dos programas de simulação robótica utilizados hoje em dia na investigação no Instituto Superior de Engenharia do Porto estão concebidos em linguagem C. Embora esta linguagem seja extremamente capaz, existem métodos mais adequados de simulação que aceleram o processo de modelação permitindo a visualização do movimento e simulação de diversas situações potencialmente criticas sem existir a necessidade de construção de um protótipo funcional do robô. Durante o último ano, este projecto permitiu construir um modelo de um robô quadrúpede num programa de simulação virtual chamado Simmechanics™. Embora haja já algum trabalho desenvolvido nesta área, constatou-se que a informação existente possuía algumas lacunas. Com o trabalho desenvolvido preparou-se esta dissertação que pretende clarificar algumas questões que surgem na modelação de um robô. Neste documento explica-se como modelar um robô de corpo flexível, modelar as pernas e as respectivas juntas da anca e do joelho assim como também se apresenta a modelação de um contacto com o solo recorrendo a um modelo descrito na literatura. Este documento foi escrito a pensar no leitor, procurando-se explicar de forma simples mas concisa os diversos passos necessários para construir um modelo virtual de um robô. O autor espera, desta forma, ajudar futuros colegas que pretendam trabalhar com o Simmechanics™ a mais facilmente se integrarem com o programa aumentando desta forma o declive da curva de aprendizagem e permitindo um maior aproveitamento desta ferramenta.

Man has always sought to automate repetitive tasks. In industry, homes or businesses are constantly emerging new equipments seeking to increase the level of automation of various tasks. The need for companies creating innovative products to remain competitive is forcing them to adopt new methods of project planning, more structured and efficient to reduce material waste and time. Several constraints in terms of budget and the increasing demand for high quality products at low cost has led to a new kind of software for virtual simulation. As in industry, also research laboratories in high schools are looking to adopt the most efficient ways to working. Part of robotics simulation software used today in research at Instituto Superior de Engenharia do Porto are designed in C language. Although this language is extremely capable, there are better methods that accelerate the modeling process enabling visualization of the movement and simulation of several potentially critical situations without the need to build a functional prototype of the robot. During the past year this project allowed for the creation of a model of a quadruped robot in a virtual simulation program called Simmechanics™. Although there is already some work in this area, it was found that existing information had some gaps. With the knowledge gained from this project this document was elaborated with the intent to clarify some doubts that arise during the creation of a Simmechanics™ model of a robot. This document explains how to model a flexible robot body, its legs and their joints of the hip and knee. The model of a feet-ground interaction was also modelled using a theoretic model described in the literature. This document was written with the reader in mind, trying to explain in a simple but concise way the various steps needed to build a virtual model of a robot. The author hopes to help future colleagues who wish to work with Simmechanics™ to more easily integrate with the software thereby increasing the slope of the learning curve and allowing a better use of this tool.