ROB104 · Noções de cinemática e movimento

Aprenda a matemática que descreve como os robôs se movem: sistemas de coordenadas e poses, cinemática de tração diferencial e odometria, cinemática direta e inversa de um braço simples e perfis de movimento suaves, praticando em Python e no Webots.

Construir · 6 horas · 4 aulas, um laboratório, uma atividade avaliada e uma peça de portfólio

Para quem é

Quem já programa comportamentos básicos de robôs e quer controlar o movimento com precisão, e não por tentativa e erro.

Pré-requisitos

ROB103 (controladores de robô em Python); álgebra do ensino médio e trigonometria básica (seno, cosseno).

O que você será capaz de fazer

• Representar poses de robôs e converter pontos entre sistemas de coordenadas com rotações e translações 2D.
• Calcular as velocidades das rodas de um robô diferencial a partir de um movimento desejado e estimar a pose por odometria com encoders.
• Resolver a cinemática direta e inversa de um braço planar de dois elos e identificar os limites do seu espaço de trabalho.
• Gerar um perfil de velocidade trapezoidal e explicar por que o movimento suave importa.

Aulas

• Aula 1 · Sistemas de coordenadas, poses e transformações
• Aula 2 · Cinemática de robôs móveis e odometria
• Aula 3 · Cinemática de braços e movimento suave
• Aula 4 · Laboratório e atividade

Laboratório: Odometria e cinemática de braço em Python e no Webots

Em Python, você implementa a cinemática direta e inversa de um braço de dois elos e plota seu espaço de trabalho. No Webots, conduz um e-puck por um quadrado de 0,3 m usando a cinemática das rodas, estima a pose pelos encoders e compara sua odometria com a pose real informada por um nó Supervisor para medir o desvio acumulado.

Ferramentas gratuitas: Google Colab ou Python local com NumPy e matplotlib (gratuitos), Webots (gratuito)

Atividade avaliada

Envie o notebook do Colab e o controlador do Webots com logs e gráficos. Informe o erro de posição final da odometria depois de uma e de três voltas no quadrado e explique as fontes do desvio. Mostre o gráfico do espaço de trabalho e um exemplo de cinemática inversa com as duas soluções. Explique num parágrafo como o perfil trapezoidal mudou o movimento em relação a mudanças instantâneas de velocidade.

Peça de portfólio

Um notebook de cinemática e um controlador do Webots com odometria validada, para usar como referência de controle de movimento.

No seu ritmo, com 12 meses de acesso. Dúvidas são respondidas por escrito pelo painel do aluno. Ao concluir o curso, você recebe um registro de conclusão.