Movimento ponto-a-ponto

O algoritmo geral para implementação do movimento ponto-a-ponto foi descrito sucintamente no Capítulo 3. Nesta subsecção dá-se importância aos aspectos de implementação na unidade slave e ao facto de existirem algumas diferenças pontuais entre o algoritmo que controla os dois braços e aquele usado para cada perna (suporte ou livre). A forma como foi estruturado o software para a utilização dos dois braços é viável e poderá ser adoptada no futuro quando se pretender mover todos os membros e as respectivas juntas. Os passos mais importantes deste algoritmo estão representados na Figura 4.3 que se segue.

Figura 4.3: Diagrama de blocos do algoritmo de movimeto ponto-a-ponto.

Do ponto de vista da leitura da matriz A, quando o objectivo é mover apenas um dos braços, esta é construída colocando na primeira linha as coordenadas cartesianas (XYZ) desejadas para o elemento terminal e, na segunda linha, o tempo de execução (Tx). Se porventura o objectivo é usar ambos os braços em

simultâneo, na primeira linha da matriz são colocadas as coordenadas Cartesianas do braço esquerdo (XYZfL), na segunda linha as coordenadas Cartesianas do braço direito (XYZfR) e na terceira linha o tempo de execução do movimento de cada braço (TxL e TxR), juntamente com as flags useL e useR.

Estas flags servem para que o processador fique de imediato a saber se se pretende mexer ambos os braços ou apenas um dos braços e qual. Desta maneira, o processador é utilizado de uma forma mais eficiente evitando a leitura desnecessária de muitas linhas de código, caso o objectivo fosse apenas trabalhar com um membro. Se quisermos usar o braço esquerdo useL fica igual a 1 e se quisermos usar o braço direito useR fica igual a 1, caso contrário devem ficar a zero. Assim, usando um if (useL == 1) e um if (useR == 1) os quatro primeiros módulos serão ou não executados para cada um dos membros. Por exemplo se useL e useR forem verdade então serão executados os quatro primeiros módulos para o braço esquerdo, depois voltam a se repetir os quatro módulos para o direito e finalmente será iniciado o movimento de ambos os braços ao mesmo tempo. Ou seja, os restantes três módulos são executados apenas uma vez porque já englobam os dois membros. Este facto está representado no diagrama de blocos anterior por um ramo que foi acrescentado. No caso de apenas trabalharmos com um membro este ramo deixa de existir e os provadores de uso também deixam de ter significado.

Uma vez lidas as coordenadas Cartesianas desejadas para o elemento terminal, é invocada a função de cinemática inversa invKin() que devolve directamente os ângulos de cada servomotor. De notar que, para este

Leitura da matriz A

Cinemática inversa e envio da resposta

Definir Id’s e ler posição angular Cálculo das velocidades Início do movimento Ciclo de leitura e envio de dados Envio do código “123”

algoritmo, esta função devolve directamente os ângulos finais a aplicar aos servomotores. Estes ângulos diferem dos ângulos de cada junta de um valor proporcional às razões de transmissão (apenas nos membros inferiores). A função de cinemática inversa também devolve a flag isVal que indica a existência, ou não, de uma solução. Por um lado, se não existir uma solução, o valor da flag é 0 indicando que as coordendas Cartesianas desejadas estão fora do espaço de trabalho, ou o valor da flag varia entre 2 e m indicando a junta que atinge os seus limites físicos. O valor da flag é de seguida enviado para o Matlab permitindo ao utilizador monitorar o estado da operação. Logo de seguida uma condição é apresentada onde o algoritmo apenas é executado if (isVal == 1) evitando, neste caso a execução de várias linhas de código. Por outro lado, sempre que a flag isVal assume o valor 1 o algoritmo prossegue para o passo seguinte: a definição dos Id’s de cada um dos servomotores a actuar. A Tabela 4.7 apresenta as atribuições de Id’s para o caso do movimento dos dois braços, da perna de suporte e da perna livre. Esta atribuição resulta do facto de se ter utilizado sempre como perna livre a perna direita e como perna de suporte a esquerda.

Os restantes passos do algoritmo são muito similares aos descritos na subsecção anterior. Novamente o tempo entre leituras é de 19 ms. No caso de se pretender realizar o movimento simultâneo dos dois braços é preciso atender ao maior dos dois tempos de execução (TxL ou TxR) para o sinalizar como o fim da execução dos movimentos. A Figura 4.4 ilustra a interligação entre a unidade slave e a unidade de controlo de cada servomotor baseada num protocolo de comunicação série (Ribeiro, 2010). Primeiro a unidade slave envia a informação relativa à velocidade de cada servomotor (função setSpeedReadPos) e, de seguida, procede ao envio das posições angulares de referência (função setPosId).

Software Ordenação das juntas Vector Id [ ] Id do servomotor

2× Braços

Junta sagital do ombro Junta lateral do ombro Junta vertical do braço

Junta do cotovelo

Junta sagital do ombro Junta lateral do ombro Junta vertical do braço

Junta do cotovelo Id[0] Id[1] Id[2] Id[3] Id[4] Id[5] Id[6] Id[7] Braço esquerdo 8 7 0 6 Braço direito 11 10 0 9 Perna livre

Junta sagital da anca Junta lateral da anca Junta vertical da anca

Junta do joelho Junta sagital do tornozelo Junta lateral do tornozelo

Id[0] Id[1] Id[2] Id[3] Id[4] Id[5] Perna direita 3 1 0 5 4 2

Perna de suporte Junta lateral do tornozelo _{Junta sagital do tornozelo}

Junta do joelho Id[0] Id[1] Id[2] Perna esquerda 1 2 3

Tabela 4.7: Atribuições de Id’s aos diferentes servomotores no caso do movimento dos dois braços, da perna livre e da perna de suporte.

Gerador de traectória

Perfil trapezoidal Controlador_PID Motor

Posição actual Tempo de execução Referência de posição Movimento Síncrono

Figura 4.4: As posições e as velocidades angulares (médias) calculadas na unidade slave são os parâmetros de entrada do módulo de geração de trajectórias implementado na unidade de controlo dos servomotores que gera a sequência de referências para um controlador PID.