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Campo DCValorIdioma
dc.creatorLavarda, Marcos Dinís-
dc.date.accessioned2024-10-04T19:24:34Z-
dc.date.available2026-01-28-
dc.date.available2024-10-04T19:24:34Z-
dc.date.issued2024-07-29-
dc.identifier.citationLAVARDA, Marcos Dinis. Robô humanoide de membros inferiores proprioceptivos com controle adaptativo em inteligência artificial. 2024. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2024.pt_BR
dc.identifier.urihttp://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/34985-
dc.description.abstractThis thesis presents the design and development of a humanoid robot’s lower limbs with adaptive control performed through proprioception, implemented using limbs made from intelligent composite materials. The project details the development of two feet, two tibias, two fêmures, and a hip, along with their respective joints. The limbs are structured using fiber optic sensors based on Fiber Bragg Gratings (FBGs) embedded in Carbon Fiber–Reinforced Polymer (CFRP). Due to the FBGs’ dimensions, approximately 125 µm in diameter and 3 to 5 mm in length, along with the multiplexed sensor arrangement and the strong adhesion with the composite material, the development of intelligent limbs sensitive to deformation was enabled. To fabricate the CFRP limbs, 3D-printed parts inspired by human anatomy were used as both molds for manufacturing and for incorporating the internal structure of the bone-like limbs. Subsequently, FBG sensors were integrated to monitor the forces acting on the humanoid robot’s limbs. The instrumentation in the feet includes the monitoring of forces on the calcaneus, metatarsal bones, and proximal and middle phalanges. In the tibias, it covers the area around the nutrient foramen, and in the fêmures, the region of the linea aspera. The FBG instrumentation method tracks these forces by measuring the composite’s deformation, which results in changes in the Bragg wavelength. These signals provide proprioceptive feedback for decision-making in controlling the movements of the robotic limbs. A supervisory system monitors the forces on each of the intelligent limbs using a color-coded map, as well as a video monitoring camera and a configured position simulator. As part of the actuator structure, servo motors were developed for the bilateral joints of the ankle, knee, and hip. A hybrid adaptive controller is presented, consisting of a set of Fuzzy Proportional-Integral-Derivative (FPID) controllers to execute the necessary movements of the humanoid lower limbs. A proprioceptive abstraction layer with fuzzy logic is implemented due to its suitability for abstract applications, adjusting the servo motor gains and the speed of planned movements according to the perceived effort on the robot’s limbs. Experimental results demonstrate that the use of intelligent limbs and robotic proprioception leads to performance improvements when employing the fuzzy logic controller and a centralized movement planner.pt_BR
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Tecnológica Federal do Paranápt_BR
dc.rightsembargoedAccesspt_BR
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/pt_BR
dc.subjectRedes de Braggpt_BR
dc.subjectAndróidespt_BR
dc.subjectMateriais compostospt_BR
dc.subjectPropriocepçãopt_BR
dc.subjectSistemas de controle ajustávelpt_BR
dc.subjectLógica difusapt_BR
dc.subjectBiomecânicapt_BR
dc.subjectBragg gratingspt_BR
dc.subjectAndroidspt_BR
dc.subjectComposite materialspt_BR
dc.subjectProprioceptionpt_BR
dc.subjectAdaptive control systemspt_BR
dc.subjectFuzzy logicpt_BR
dc.subjectBiomechanicspt_BR
dc.titleRobô humanoide de membros inferiores proprioceptivos com controle adaptativo em inteligência artificialpt_BR
dc.title.alternativeHumanoid lower limb robot with proprioceptive adaptive control in artificial intelligencept_BR
dc.typedoctoralThesispt_BR
dc.description.resumoEsta tese apresenta o projeto e o desenvolvimento de um robô humanoide de membros inferiores com controle adaptativo realizado por meio de propriocepção realizada por membros fabricados com materiais compósitos inteligentes. Neste projeto, são apresentados o desenvolvimento de dois pés, duas tíbias, dois fêmures e um quadril com as respectivas articulações. Os membros são estruturados utilizando sensores à fibra óptica baseado em redes de Bragg (FBGs) embutidos em polímero reforçado com fibra de carbono, do inglês Carbon Fiber–Reinforced Polymer (CFRP). Devido às dimensões na ordem de 125 um de diâmetro e o comprimento 3 a 5 mm das FBGs, juntamente ao arranjo dos sensores multiplexados e a boa aderência com o compósito, favorecerem o desenvolvimento de membros inteligentes sensíveis à deformação. Para fabricar os membros em CFRP, foram impressas em 3D peças inspiradas na anatomia humana que serviram tanto como molde para fabricação, quanto para incorporar a estrutura interna dos membros ósseos. Posteriormente, sensores FBG foram incorporados para monitorar os esforços sob os membros do robô humanoide. A instrumentação realizada nos pés contempla esforços sobre calcâneo, ossos metatarsais, e falanges proximais e médias. Nas tíbias são na área do forame nutrício e nos fêmures na região da linha áspera. O método de instrumentação por FBG monitora esses esforços pela deformação do compósito resultando na alteração do comprimento de onda de Bragg. Esses sinais fornecem propriocepção para tomada de decisão para controlar o movimento dos membros robóticos. Um sistema supervisório monitora os esforços sobre cada um dos membros inteligentes instrumentados com um mapa de cores, além de uma câmera de vídeo monitoramento e um simulador de posicionamento configurado. Como estrutura do atuador, servo motores foram desenvolvidos para as articulações bilaterais de tornozelo, joelho e quadril. Um controlador adaptativo híbrido é apresentado, sendo composto pelo conjunto de controladores Proporcional-Integral-Derivativo com lógica Fuzzy (FPID) para realizar as movimentações necessárias do humanoide de membros inferiores desenvolvido. Uma camada de abstração proprioceptiva com lógica Fuzzy é implementada devido ao seu caráter para aplicações abstratas, no ajuste de ganhos dos servomotores e velocidade dos movimentos planejados, de acordo com a percepção de esforço dos membros do robô. Como resultados, experimentos demonstram que o emprego de membros inteligentes e a propriocepção robótica resultam em uma melhora no desempenho utilizando o controlador com lógica Fuzzy e um planejador de movimento centralizado.pt_BR
dc.degree.localCuritibapt_BR
dc.publisher.localCuritibapt_BR
dc.creator.IDhttps://orcid.org/0000-0002-3705-9685pt_BR
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/9331747136953007pt_BR
dc.contributor.advisor1Martelli, Cicero-
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000-0003-0408-7847pt_BR
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9188974272555318pt_BR
dc.contributor.advisor-co1Sousa, Renata Oliveira de-
dc.contributor.advisor-co1IDhttps://orcid.org/0000-0002-9556-5260pt_BR
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/6750340550570920pt_BR
dc.contributor.referee1Martelli, Cicero-
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000-0003-0408-7847pt_BR
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9188974272555318pt_BR
dc.contributor.referee2Kalinowski, Hypolito Jose-
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0000-0003-1226-4903pt_BR
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/6560372925252581pt_BR
dc.contributor.referee3Galvão, José Rodolfo-
dc.contributor.referee3IDhttps://orcid.org/0000-0001-6826-4676pt_BR
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/3927277046492765pt_BR
dc.contributor.referee4Laureano, Marcos Aurelio Pchek-
dc.contributor.referee4IDhttps://orcid.org/0000-0002-9399-7633pt_BR
dc.contributor.referee4Latteshttp://lattes.cnpq.br/0850760212152191pt_BR
dc.contributor.referee5Dreyer, Uilian José-
dc.contributor.referee5IDhttps://orcid.org/0000-0001-9720-4410pt_BR
dc.contributor.referee5Latteshttp://lattes.cnpq.br/6015434912116988pt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrialpt_BR
dc.publisher.initialsUTFPRpt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICApt_BR
dc.subject.capesEngenharia Elétricapt_BR
Aparece nas coleções:CT - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial

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