Universidade de Waseda, Instituto de Robótica Humanoide

A Universidade de Waseda é líder em pesquisa de robótica antropomórfica, como o desenvolvimento do WABOT-1, o primeiro robô humanoide em escala real, em 1973. Em 2000, a universidade estabeleceu o HRI (Humanoid Robotics Institute, Instituto de Robótica Humanoide) para promover atividades de pesquisa que constroem novos relacionamentos entre seres humanos e máquinas em uma sociedade com informações avançadas. Sob a direção de Atsuo Takanishi, professor do Departamento de Engenharia Mecânica Moderna da Waseda, o HRI acelerou a pesquisa e o desenvolvimento (P&D) da robótica humanoide. A organização de pesquisa baseada em Tóquio criou uma tecnologia robótica fundamental, além de promover o desenvolvimento de muitos engenheiros e cientistas talentosos. A pesquisa do HRI concentra-se no desenvolvimento de robôs que irão interagir com humanos, seja para realizar tarefas rotineiras, oferecer assistência médica ou servir como um companheiro. Como esses robôs trabalham em conjunto com parceiros em um ambiente humano, compartilhando o mesmo espaço de trabalho e tendo as mesmas experiências, eles não só precisam parecer humanos, mas também precisam evocar os mesmos padrões de pensamento e comportamento de um ser humano. Embora inicialmente a Waseda tenha utilizado ferramentas de projeto 2D para desenvolver robôs humanoides, em 2001, o HRI determinou que uma plataforma integrada de desenvolvimento 3D era necessária para promover a P&D da robótica humanoide, de acordo com o Professor associado Kenji Hashimoto. "Nossos robôs são sistemas complexos, que exigem a integração de informações de sensores relacionados à fala, expressões faciais e movimentos corporais que resultam em um alto nível de comunicação e ações coordenadas", explica Hashimoto. "Nossas equipes precisam de acesso a um conjunto completo de ferramentas de projeto e engenharia 3D para atender aos nossos objetivos." Depois de avaliar vários sistemas de projeto 3D líderes, o HRI escolheu o software SOLIDWORKS Research como sua plataforma padrão, implementando 60 licenças. O HRI escolheu o SOLIDWORKS Research porque sua interface era mais fácil de usar do que a de outros pacotes 3D e por fornecer acesso a uma gama completa de ferramentas integradas de projeto e simulação.

UMA PLATAFORMA, VÁRIOS ROBÔS

Desde a implementação do SOLIDWORKS Research em 2001, o HRI acelerou o ritmo do desenvolvimento de robôs com o trabalho em uma plataforma 3D integrada, o que resultou na introdução de mais de 20 robôs humanoides. Esses robôs incluem a série Waseda Leg, locomotivas bípedes para carregar pessoas deficientes e idosos; a série Waseda Jaw, robôs que simulam mecanicamente a mastigação humana para entender conceitos odontológicos; a série Waseda Yamanashi, robôs que abrem e fecham a boca para pacientes com problemas na mandíbula; a série Waseda Flautist e Waseda Saxophonist, robôs que tocam flauta e saxofone; a série Waseda Talker, robôs que pronunciam mecanicamente os sons das vogais e consoantes japonesas; e a série Waseda Eye e KOBIAN, robôs que expressam emoção. Outros robôs do HRI incluem o WABIAN-2R, um robô que anda com uma extensão de joelho usando uma pélvis humanoide e mecanismos de pernas com sete graus de liberdade (DOF); o WAREC-1, um robô de resgate em desastres com 28 DOF; e o WL-16, um robô que pode transportar seres humanos e praticamente qualquer carga até 80 kg. "O HRI é mais produtivo no desenvolvimento de robôs com o SOLIDWORKS Research devido à sua variedade de recursos integrados. Ele aumentou de três a quatro vezes a eficiência do projeto", afirma Hashimoto. "Em 2D, poderíamos projetar apenas membros estruturais planares simples. Graças ao SOLIDWORKS, agora podemos projetar facilmente peças robóticas complicadas."

LEVE, PORÉM SÓLIDO

Utilizando ferramentas integradas de análise de elementos finitos (FEA, finite element analysis) do SOLIDWORKS, o HRI supera o principal desafio do projeto robótico humanoide: reduzir o peso da peça enquanto mantém a solidez. "O SOLIDWORKS Simulation é essencial para projetar um robô com pernas porque seu peso deve ser o mais leve possível e manter um alto grau de solidez", enfatiza Hashimoto. "Com o software de projeto SOLIDWORKS, podemos calcular rapidamente o centro de gravidade e o momento de inércia de peças robóticas e as informações usadas para simulações, além de verificar as peças quanto a interferências em três dimensões. “O SOLIDWORKS Flow Simulation (software de análise dinâmica de fluidos computacional) também é útil ao projetar um sistema de refrigeração para fontes de calor, como atuadores, motores e acionamentos”, acrescenta Hashimoto.
 

PROJETO MECÂNICO E ELÉTRICO MULTIFUNCIONAL

Os ganhos substanciais de produtividade que o HRI obteve com o SOLIDWORKS Research também se originam da natureza integrada e multidisciplinar do software, o que permite que as equipes do instituto conduzam projetos mecânicos, elétricos e térmicos ao mesmo tempo e não separadamente. "A tecnologia SOLIDWORKS é inovadora porque pode lidar com projetos mecânicos e elétricos com um software", observa Hashimoto. "Além disso, várias análises são possíveis com o SOLIDWORKS, como análises estruturais FEA e de fluxo térmico de fluidos", acrescenta Hashimoto. "Para desenvolver um robô sofisticado, devemos conduzir não apenas projetos mecânicos, mas também projetos elétricos e térmicos simultaneamente. Devemos providenciar peças de componentes, como um motor, engrenagem de redução, codificadores etc., em um espaço limitado. A redução de tamanho e peso deve ser realizada mantendo a alta rigidez de cada peça e fazendo a análise FEA repetidamente. O SOLIDWORKS é muito útil nesse processo de projeto."