Dissertação

{en_GB=Locomotion Dynamics: Bouncing Gaits } {} CONFIRMED

{pt=Esta tese detalha métodos de controlo que permitem a descrição de locomoção estável. A descrição é obtida através de uma linearização parcial, por realimentação, da perna do locomotor e subsequente controlo explicito da força de contacto com o solo. Dissipação energética é empregue durante a fase de apoio de forma a descrever forças estabilizantes para cada um dos locomotores estudados. A perda energética é contraposta por uma realimentação da força de contacto, a qual modula a rigidez efectiva da perna ou o seu comprimento natural. Compreensão do mecanismo de realimentação de força e suas propriedades de regulação energética é aprofundada através de um modelo simplificado que substitui a realimentação por uma função de Heaviside desfasada. Através de uma descrição da regulação de momento em torno do centro de massa da estrutura flutuante, uma força estabilizante é obtida que permite uma descrição da corrida bípede. Tal descrição é possibilitada através da partição da cinemática da perna em seus movimentos rotativos e extensores, permitindo obter uma inversa generalizada para a cinemática da perna, complementada através da descrição dos movimentos da perna no seu espaço nulo. A parametrização do controlador admite uma interpretação dinâmica, permitindo a descrição de transições de marcha. Uma análise estática da acção linearizante permite concluir que a massa do pé humano pode ser ignorada no estudo da locomoção, permitindo projectar um controlador estático do tornozelo que incorpora os movimentos do espaço nulo da perna. Consequentemente, uma modelação biomimética da técnica de corrida de um maratonista de elite é realizada., en=This thesis covers control methods which allow the description of stable locomotion. Such description is achieved through partial feedback linearization of the locomotor's leg and ensuing explicit force control of the ground reaction force. Energetic dissipation is employed during stance to describe stabilizing forces across the portrayed locomotors. To compensate the energetic loss, force feedback from the contact force is exploited to regulate the locomotor's gait. Such compensation is achieved through the modulation of either the effective leg's stiffness or its rest length. Understanding of the force feedback mechanism and its energy regulation properties is furthered through the derivation of a simplified model that replaces the force feedback with a delayed Heaviside function. Through a description of the momentum regulation about the floating structure's mass center, a stabilizing force was derived that allowed the description of bipedal running. Such description was made possible through the decoupling of the redundant leg's kinematics into its rotation and extension, to derive a generalized inverse for the human leg's Jacobian, further allowing the description of its nullspace motions. The described controller's parameterization allowed a dynamic interpretation, which proved its usefulness in the modeling of gait transitions. A static analysis of the feedback linearizing action of the running solution allowed to show that the human foot's mass can be neglected in the study of locomotion, allowing the design of a static ankle controller that incorporated nullspace motions of the leg. Following this, a biomimetic modeling of an elite marathon runner's technique is performed.}
{pt=Locomoção Animal, Controlo de Força, Realimentação de Forca, Regulação Energética Automática, Linearização por Realimentação, Corrida Bípede., en=Animal Locomotion, Force Control, Force Feedback, Automatic Energy Regulation, Feedback Linearization, Bipedal Running.}

Outubro 27, 2017, 9:0

Orientação

ORIENTADOR

Jorge Manuel Mateus Martins

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Associado