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NIAD&R NIAD&R –– Distributed Artificial Intelligence and Robotics GroupDistributed Artificial Intelligence and Robotics Group

Discente:Marcelo Roberto Petry

Orientador: Professor Doutor Luís Paulo ReisCo-orientador: Mestre Rodrigo Antônio Marques Braga

Desenvolvimento de um Protótipo e de Metodologias de Controlo de uma Cadeira de Rodas Inteligente



Sumário Objecivos

Arquitectura de Hardware

Arquitectura de Software

Controlo

Testes

Conclusões

Trabalhos Futuros

M2

M2 Marcelo; 20-02-2008



ObjectivosEstudo e construção de um protótipo de Cadeira de RodasInteligente (CRI):

Desenvolvimento de um sistema de hardware flexível;

Projecto de um software que sirva como plataforma com três modos de operação: real, simulado e realidade aumentada;

Implementação de metodologias de controlo de baixo nível;

Objecivos/Hardware/Software/Orientação/Controlo/Testes/Conclusões

M1

M1 Marcelo; 20-02-2008



Arquitectura de Hardware Os elementos que compõem o hardware da CR, podem serdivididos em três grupos:




Modelo Powertec [Sunrise];

Tracção diferencial traseira;

Duas rodas tolas frontais;

Duas baterias de 12V;

Joystick analógico tradicional;

Módulo de potência;

Arquitectura de HardwareCaracterísticas da cadeira de rodas eléctrica utilizado noprotótipo:




Arquitectura de Hardware

Placas de interface conectadas aossonares e aos encoders;

Comunicação serial entre placas deinterface e o computador portátil;

Ligação USB e Bluetooth entre osinputs e o computador portátil;

Sinal de controlo modulado por PWM




Arquitectura de HardwareEvolução do hardware do Protótipo desenvolvido no projecto:




Arquitectura de SoftwareConceito da Plataforma:




Controlo

Visão

Sonar

Hodometria

Joystick

TecladoVirtual

VozMovimentos com acabeçaExpressões

faciais

Arquitectura de SoftwareObjecivos/Hardware/Software/Orientação/Controlo/Testes/Conclusões



OrientaçãoApresenta restrições não-holonômicas

Cálculo da Velocidade das rodas:

v – velocidade linear da roda

D – diâmetro da roda

I – período de amostragem

N – número de pulsos do encoder

Ce – resolução do encoder


(1)



Orientação Modelo cinemático:

VD – velocidade linear da roda direita

VE – velocidade linear da roda esquerda

r – distância entre o centro de rotação instantâneo e ponto médio do eixo da rodas

b – distância entre as rodas

V – velocidade linear do robô

W – velocidade angular do robô


(2) (3) (4)



Orientação Modelo cinemático:

V – velocidade linear dado robô

w – velocidade angular

Theta – ângulo de orientação em relação ao referencial fixo


(5)

(6)



ControloForam implementados 4 algoritmos:

Controlo por seguimento de rectas

Controlo por seguimento de pontos

Controlo por seguimento de ângulo

Controlo por seguimento de paredes




Sendo a trajectória objectivo R definida por doispontos A e B de forma que :

Controlo por seguimento de recta

k1 e k2 – ganhos de ajuste P – Projecção de C sobre R ey – distância de C à recta ep – distância entre P e B vn – velocidade nominal


(7)

(8)

(9)

(10)



Controlo por seguimento de ponto

A trajectória R é recalculada a cada ciclo, sendo definida peloponto C a pelo ponto objectivo B.

erro ey =0


(11)

(12)

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Controlo por seguimento de ângulo

Por se tratar de um movimento puramente ângular a velocidadelinear V do móvel é nula.


(14)

(15)

(16)



Controlo por seguimento de paredes

Não utiliza a posição x,y do robô no cálculo do controlo

dR – distância de referência

SonarF – medida de distância do sonar dianteiro

SonarB – medida de distância do sonar traseiro

eF – diferença entre o valor de referência e o medida

ed - diferença entre a medida dianteira e traseira


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(19)

(18)

(20)



Teste dos sonares Avaliadas medidas a 6 objectos deformas e materiais distintos

Posicionamento sobre marcaçõesresultantes da combinação de distancia[15 cm, 30 cm, 45cm e 60 cm] e ângulos[0º,15º,30º , 45º e 60º].




Interpolação dos resultados apartir de uma curva de ajuste:

O limite angular de detecção dos objectos entre 45º e 60º.

Melhora da precisão para distâncias superiores a 30 cm.

Teste dos sonaresObjecivos/Hardware/Software/Orientação/Controlo/Testes/Conclusões



Ângulo de detecção considerado:50º.

Formação de zona de segurança a 31.3 cm do sensor.

Distância mínima de 40cm para fins de controlo.

Teste dos sonaresObjecivos/Hardware/Software/Orientação/Controlo/Testes/Conclusões



Teste de Hodometria

Rotação de 360º

Amostras colectadas nos sentidoshorário e anti-horário

Deslocamento em linharecta [5m, 10m e 15m]

Observa-se a dispersãodos erros




Teste de Hodometria

Deslocamento através de umatrajectória rectangular deaproximandamente 4.00 m x 4.25m




Teste de Controlo

Deslocamento em linha recta[5m, 10m]

Critério de paragem: ± 2cm




Teste da Controlo

Rotação de 360º

Critério de paragem: ± 1º




Conclusões

Neste trabalho foi apresentado um estudo sobre cadeiras de rodasinteligentes, fundamentação teórica e implementação de um protótipo.

Foi desenvolvida uma arquitectura de hardware que abrange autilização de sensores de ultra-som, encoders, câmara digital de vídeo,placas electrónicas de interface e um computador portátil.

Foi desenvolvida uma plataforma contendo aplicativos interpretadoresde comandos do utilizador, aquisição dos dados dos sensores e controlodo protótipo de uma CRI.

Foram discutidos e implementadas algumas forma de controlo porrealimentação parcial de estados, e formas de controlo directo atravésdas medidas dos sensores.




Trabalhos futuros

Avaliar a implementação de controladores do tipo PID.

Desenvolvimento de um sistema de navegação assistida através de mapas locais do ambiente.

Implementação de métodos de correcção dos erros sistemáticos de hodometria.

Implementação de métodos autónomos de correcção de hodometria, além de métodos estatísticos da dispersão da posição da cadeira.

Finalizar o trabalho de comunicação do aplicativo principal com o simulador.




Demonstração de funcionamento



Dúvidas

Página web: www.fe.up.pt/~ext07047/

Apresentação : www.fe.up.pt/~ext07047/apresentacao.rar

Dissertação : www.fe.up.pt/~ext07047/dissertacao.pdf


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