Design of single degree-of-freedom walking mechanisms with springs and dampers
Yaylar ve sönümleyiciler içeren tek serbestlik dereceli yürüme mekanizmalarının tasarımı
- Tez No: 1021697
- Danışmanlar: PROF. DR. GÖKHAN KİPER
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Yürüyen robotların tasarımında; hız, kararlılık ve enerji verimliliği gibi çeşitli performans kriterleri sağlanmalıdır. Bu kriterler arasında enerji verimliliği, sistemin operasyonel dayanıklılığını doğrudan etkilemesi nedeniyle hayati öneme sahiptir. Literatürde, bacaklı robotların tasarımında açık zincir bacak mimarileri sıklıkla tercih edilmektedir. Esnek elemanların (yay ve sönümleyiciler) entegrasyonu, bu açık zincir bacak yapılarının performansını arttırmak amacıyla başarıyla uygulanmış olsa da bu yapıların çok sayıda eyleyiciye ihtiyaç duyması, yüksek enerji tüketimine ve kontrol karmaşıklığına yol açmaktadır. Bu zorlukların üstesinden gelmek için, bir çözüm olarak tek serbestlik dereceli kapalı zincir bacak mimarileri önerilmektedir. Ancak, kapalı zincir bacak mekanizmalarında yürütülen esneklik çalışmaları, büyük ölçüde rijitlik (yay) tabanlı çözümlerle sınırlı kalmıştır. Bu sınırlılığı gidermek amacıyla; bu tez, yay ve sönümleyici (damper) elemanlar içeren tek serbestlik dereceli bir bacak mekanizmasının analizini ve optimal tasarımını sunmaktadır. Mekanizmanın kinematik yapısı, Chebyshev lambda mekanizmasının benzerlerinden yararlanılarak elde edilmiştir. Sistemin enerji tüketimini düzenlemek amacıyla, çeşitli mafsallara stratejik olarak burulma yayları ve viskoz damperler entegre edilmiştir. Bacağın kısıtlı dinamiği ise Lagrange çarpanları kullanılarak modellenmiştir. Elde edilen hareket denklemlerinin sayısal çözümü için özgün bir kod geliştirilmiş ve sonuçların doğruluğu simülasyonlar aracılığıyla doğrulanmıştır. Simülasyon sonuçları, yay ve sönümleyicilerin bacak mekanizmasının sürücü torku üzerindeki birleşik etkilerini ortaya koymaktadır. Uyumluluk elemanlarının sisteme dahil edilmesi, tepe tork değerlerini azaltmakta ve yay veya sönümleyici içermeyen referans duruma kıyasla yumuşak tork geçişleri sağlamaktadır.
Özet (Çeviri)
The design of walking robots must satisfy several performance criteria, such as speed, stability, and energy efficiency. Among these, energy efficiency is vital because it directly affects the operational endurance of the system. In the literature, open-chain leg architectures are frequently used in the design of legged robots. Although the integration of compliant elements (springs and dampers) has been successfully applied to these open-chain leg structures to enhance their performance, their reliance on multiple actuators lead to high energy consumption and control complexity. To overcome these challenges, a single degree-of-freedom, closed-chain leg architectures are presented as a solution. However, in closed-chain leg mechanisms, research on compliance has largely focused only on stiffness-based solutions. To address this limitation, this thesis presents the analysis and optimal design of a single-degree-of freedom leg mechanism that incorporates spring and damper elements. The mechanism's kinematic structure is obtained using cognates of the Chebyshev lambda linkage. To regulate the system's energy consumption, torsional springs and viscous dampers were strategically integrated into various joints. The constrained dynamics of the leg was modeled using Lagrange multipliers. A custom code was developed to numerically solve the resulting equations of motion, and the accuracy of the results was validated through simulations. The simulation results reveal the combined influence of spring and dampers on the driving torque requirement of the leg mechanism. The inclusion of compliant elements reduces the peak torque and results in smoother torque transitions compared to the baseline case without springs or dampers.
Benzer Tezler
- Design, control, modeling, and locomotion analysis of a multi-legged modular miniature robot with soft backbones
Yumuşak omurgalı çok bacaklı modüler minyatür robotun tasarımı, kontrolü, modellenmesi ve lokomosyon analizi
NIMA MAHKAM
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Makine Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Assist. Prof. Dr. ONUR ÖZCAN
- Tek serbestlik dereceli bir yürüme ortezinin tasarımı ve üretimi
Design and production of a single degree of freedom walking orthosis
ÇAĞATAY İLETEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Makine MühendisliğiEge ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ÖZGÜR KİLİT
- İki ayaklı yürüyen robot için kontrol sistemi geliştirilmesi
Control system development for bipedal walking robot
NUMAN MERT TAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ZEKİ YAĞIZ BAYRAKTAROĞLU
- Robot kinematik denklemlerinin FPGA ile çözülmesi ve çok eklemli bir robota uygulanması
Solution of robot kinematic equations using FPGA and its application on a multi-degree-of-freedom robot
HÜSEYİN OKTAY ERKOL
Doktora
Türkçe
2015
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKarabük ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. HÜSEYİN DEMİREL
- Yönelim çıkarımı için arm tabanlı bir gömülü sistem tasarımı ve gerçeklenmesi
Design and implementation of an arm based embedded system for estimation of the orientation
SÜLEYMAN URMAT
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MÜŞTAK ERHAN YALÇIN