FTH 0 · O corpo do humanoide|INEMA.CLUB-PRO

Aula 6 · 15 min

Equilíbrio: centro de massa e polígono de apoio

Um humanoide de pé é um pêndulo invertido sobre dois pés pequenos. Nesta aula você calcula o centro de massa, o polígono de apoio e o centro de pressão do G1 no próprio modelo, empurra o robô com forças diferentes e separa três coisas que costumam vir misturadas: sair do apoio, balançar e cair.

Começar a aula
Robô humanoide de pé num laboratório escuro recebendo um empurrão de uma vara acolchoada, com cabo de segurança preso ao pórtico.

Nesta aula você vai

  1. 1Centro de massa, polígono de apoio e centro de pressão (ZMP no chão plano)
  2. 2Margem do CoM em centímetros, a cada 0,25 s
  3. 3Por que 25 N sai do apoio e volta, e 35 N derruba
  4. 4Onde entram o controle clássico (ZMP) e o RL

Objetivo: empurrar o G1 e dizer, pela simulação, quando o centro de massa sai do polígono de apoio e se o robô cai.

01Quatro grandezas, uma pergunta: ele cai?

Clique em cada bloco.

Clique em cada bloco do diagrama para ver o que ele faz.

Parado, basta o CoM dentro do apoio. Em movimento, quem manda é o CoP e a velocidade.

02O que a varredura de empurrões mostra

Empurrão de 0,2 s para a frente no tronco, com o G1 só segurando a pose. Clique em cada faixa.

1. Até 15 N

O CoM nunca sai do polígono: a margem não fica negativa em nenhum instante.

É o que qualquer pose rígida aguenta: o impulso é pequeno (3 N·s).

03Empurrar o G1

O equilibrio.py aplica a força no tronco em t = 0,5 s e imprime a cada 0,25 s a margem do CoM (positiva = dentro do apoio), o CoP para a frente e a altura da pelve.

Terminal · empurrão de 40 N
F=${FTH:-$HOME/fth}; cd $F/anatomia && . $F/.venv/bin/activate
python3 kit/equilibrio.py --empurrao 40
Terminal · de 10 N a 40 N
F=${FTH:-$HOME/fth}; cd $F/anatomia && . $F/.venv/bin/activate
for n in 10 15 20 25 30 35 40; do
  echo "$n N → $(python3 kit/equilibrio.py --empurrao $n | tail -2 | cut -d'(' -f1 | tr '\n' ' ')"
done
Exemplo do repositório
empurrão de 40 N por 0.2 s no tronco (t = 0.5 s) · impulso 8 N·s
t (s)  margem do CoM (cm)  CoP x (cm)  pelve z (m)
 0.00                 5.3         0.1         0.79
 0.25                 5.3         0.4         0.79
 0.50                 5.3         0.3         0.79
 0.75                -8.1        12.0         0.79
 1.00                -5.8        12.1         0.79
 1.25                -8.1        12.2         0.79
 1.50                -3.4        -4.8         0.79
 1.75                -1.2        -4.8         0.79
 2.00                -6.7        -4.8         0.79
 2.25               -17.4        -4.7         0.76
 2.50               -39.6        -4.5         0.64
 2.75               -68.4        -8.4         0.15
 3.00               -68.9       -11.4         0.06
CoM dentro do apoio: não · saiu em t = 0.73 s
queda: sim (pelve a 0.06 m em t = 3 s)

O CoP vai a 12 cm (ponta dos pés), depois a -4,8 cm (calcanhar); a pelve só despenca depois de 2,25 s, quando o robô cai para trás.

04Prática

Achar o limite do corpo sem controlador.

E1 · Empurrão que derruba

3 min

Rode o bloco de 40 N e descreva o movimento lendo as colunas de CoP e pelve.

Pronto quando: python3 kit/equilibrio.py --empurrao 40 termina em CoM dentro do apoio: não · saiu em t = 0.73 s e queda: sim.

E2 · Empurrão que ele aguenta

3 min

Repita com 15 N.

Pronto quando: python3 kit/equilibrio.py --empurrao 15 | tail -2 → CoM dentro do apoio: sim (o tempo todo) e queda: não.

E3 · Impulso, não força

5 min

Rode 40 N por 0,1 s e 80 N por 0,1 s. Compare com 40 N por 0,2 s: o que importa é a força ou o produto força × tempo?

Pronto quando: --empurrao 40 --duracao 0.1 termina em queda: não e --empurrao 80 --duracao 0.1 em queda: sim; você escreveu os três impulsos (4, 8 e 8 N·s).

05Teste da aula

A explicação aparece depois da sua resposta.

Pergunta 1 de 3

Com 25 N o CoM saiu do polígono de apoio, mas o robô terminou de pé. Como explicar?competência

06Em três frases

GrandezasCoM, polígono de apoio e CoP saem do modelo a cada passo.
DinâmicaSair do apoio é girar; cair é girar rápido demais para voltar.
LimiteSem controlador, o G1 aguenta 15 N por 0,2 s e cai com 35 N.

Para ir além

Aula anteriorPróxima aula