Um novo gerador central de padrões de locomoção para geração de trajectórias em tempo real de robôs quadrúpedes

摘要

Neste trabalho estuda-se a geração de trajectórias em tempo real de um robô quadrúpede.As trajectórias podem dividir-se em duas componentes: rítmica e discreta. A componenterítmica das trajectórias é modelada por uma rede de oito osciladores acoplados, comsimetria 4 2 Z  Z . Cada oscilador é modelado matematicamente por um sistema deEquações Diferenciais Ordinárias. A referida rede foi proposta por Golubitsky, Stewart,Buono e Collins (1999, 2000), para gerar os passos locomotores de animais quadrúpedes.O trabalho constitui a primeira aplicação desta rede à geração de trajectórias de robôsquadrúpedes. A derivação deste modelo baseia-se na biologia, onde se crê que GeradoresCentrais de Padrões de locomoção (CPGs), constituídos por redes neuronais, geram osritmos associados aos passos locomotores dos animais. O modelo proposto gera soluçõesperiódicas identificadas com os padrões locomotores quadrúpedes, como o andar, o saltar,o galopar, entre outros. A componente discreta das trajectórias dos robôs usa-se paraajustar a parte rítmica das trajectórias. Este tipo de abordagem é útil no controlo dalocomoção em terrenos irregulares, em locomoção guiada (por exemplo, mover as pernasenquanto desempenha tarefas discretas para colocar as pernas em localizações específicas)e em percussão.Simulou-se numericamente o modelo de CPG usando o oscilador de Hopf para modelar aparte rítmica do movimento e um modelo inspirado no modelo VITE para modelar a partediscreta do movimento. Variou-se o parâmetro g e mediram-se a amplitude e a frequênciadas soluções periódicas identificadas com o passo locomotor quadrúpede Trot, paravariação deste parâmetro. A parte discreta foi inserida na parte rítmica de duas formasdistintas: (a) como um offset, (b) somada às equações que geram a parte rítmica. Osresultados obtidos para o caso (a), revelam que a amplitude e a frequência se mantêmconstantes em função de g. Os resultados obtidos para o caso (b) revelam que a amplitudee a frequência aumentam até um determinado valor de g e depois diminuem à medida queo g aumenta, numa curva quase sinusoidal.A variação da amplitude das soluções periódicas traduz-se numa variação directamenteproporcional na extensão do movimento do robô. A velocidade da locomoção do robô varia com a frequência das soluções periódicas, que são identificadas com passos locomotores quadrúpedes.