ENG. CONTROLE E AUTOMAÇÃO – Entenda o robô Handle: o último lançamento da Boston Dynamics

ENG. CONTROLE E AUTOMAÇÃO – Entenda o robô Handle: o último lançamento da Boston Dynamics

A Boston Dynamics é uma empresa de engenharia robótica que ficou famosa pela construção de robôs avançados, os quais possuem comportamentos notáveis como: mobilidade, agilidade, destreza e velocidade. São robôs construídos com finalidade militar, geralmente financiados pela DARPA, empresa dos EUA responsável pelo desenvolvimento de tecnologias para fins militares.

Comprada pela gigante da informática Google em 13 de dezembro de 2013, a empresa tem chocado o mundo com vídeos de seus robôs, dentre eles o Big Dog (https://www.youtube.com/watch?v=cNZPRsrwumQ), Atlas (https://www.youtube.com/watch?v=rVlhMGQgDkY) e o Spot (https://www.youtube.com/watch?v=M8YjvHYbZ9w). Recentemente, a empresa anunciou seu último lançamento, o Handle (https://www.youtube.com/watch?v=-7xvqQeoA8c).

Este robô, diferentemente dos demais, desloca-se sobre duas rodas propelidas por motores elétricos, o que lhe confere maior velocidade. As rodas são ligadas a pernas, e ficam paralelas, de forma que com uma inclinação do tipo camber é possível realizar curvas (similar à forma de fazer curvas de uma motocicleta).

Tanto em repouso quanto em movimento em linha reta ou curva, o robô utiliza os motores elétricos das rodas, os atuadores hidráulicos dos braços e pernas e o peso do próprio corpo para manter o equilíbrio e evitar tombamentos. Este desafio é exatamente o objeto central do curso de Engenharia de Controle e Automação da Faculdade Max Planck.

Para entender como realizar o desafio é necessário compreender o diagrama abaixo, conhecido como Malha Fechada de Controle.

Suponhamos que se deseje realizar o controle do ângulo de inclinação do robô Handle. Neste caso, o Set-Point seria o ângulo em que se deseja que o robô permaneça. Este ângulo é comparado com o ângulo medido em que o robô está no momento atual. A medição ocorre no bloco branco (sensores) enquanto que no círculo rosado ocorre a comparação entre o ângulo desejado e o medido.

Esta diferença gera uma medida chamada “erro de controle”, que é a medida utilizada pelo controlador do sistema (triângulo azul), normalmente um microprocessador no qual é embarcada uma estratégia de controle. Dado o erro de controle, o controlador calcula um sinal chamado de “esforço de controle”, que é o sinal de atuação de todas as juntas, atuadores e motores do Handle, para que o erro de controle seja minimizado, ou seja, para que o ângulo medido fique cada vez mais próximo do ângulo desejado.

Finalmente, o esforço de controle é aplicado na planta (bloco verde) que é o robô de fato. Dada a atuação no robô, ele se estabilizará em um novo ângulo, que será medido e novamente comparado com o Set-Point. Neste ponto o processo se reinicia.

O grande desafio de se realizar este controle é integrar todas as áreas da Engenharia de Controle e Automação em uma única aplicação. Apenas no bloco verde, o engenheiro deve dominar os conhecimentos das disciplinas de Física Mecânica, Mecânica Geral, Resistência dos Materiais, Fundamentos da Dinâmica, Modelagem Matemática de Sistemas Dinâmicos e Robótica.

Já no bloco Azul, o engenheiro deve dominar os conhecimentos de Fundamentos de Sistemas de Controle, Sistemas de Controle I, Sistemas de Controle II e Controle de Processos. No bloco branco, as disciplinas mais importantes são Física Elétrica, Instrumentação I e Instrumentação.

Além destas disciplinas, ainda há outras cujos conhecimentos são necessários a todas as áreas como Algoritmos e Lógica de Programação, Programação de Computadores, Cálculo Avançado, Eletrônica I, II e III, Controle Hidráulico e Pneumático, Circuitos Lógicos, Circuitos Digitais, entre outras.

Todas estas disciplinas são ministradas no curso de Engenharia de Controle e Automação (Mecatrônica) da Faculdade Max Planck por professores que atuam nas respectivas áreas e possuem mestrado ou doutorado no tema. Além disso, utilizamos sempre os materiais de aula mais avançados, como os utilizados na Unicamp, USP, UFRGS, Unesp, UFRJ, UFBA e universidades do exterior como MIT e Caltech.

Vinícius G. S. Simionatto é coordenador do curso de Engenharia de Controle e Automação na Faculdade Max Planck. Engenheiro de Controle e Automação, Mestre e Doutor em Engenharia Mecânica pela Unicamp, Pós-Doutorando em Engenharia Mecânica na Unicamp, revisor dos periódicos Acta Scientiarum – Technology, Journal of the Brazilian Society of Mechanical Engineering e Revista Intellectus. É consultor na área de Vibrações de Sistemas Mecânicos e trabalha em parceria com a ZF TRW.

03/05/2017

 

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