Linear inverted pendulum model and swing leg dynamics in biped robot walking trajectory generation
Doğrusal ters sarkaç modeli ve iki bacaklı yürüyen robotlarda yörünge elde edilmesinde salınan bacak dinamiği
- Tez No: 202732
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. KEMALETTİN ERBATUR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Makine Mühendisliği, Computer Engineering and Computer Science and Control, Electrical and Electronics Engineering, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Doğrusal Ters Sarkaç Modeli, Sıfır Moment Noktası, durum-uzay gösterimi, salınan bacak yer çekimi telafisi, Linear Inverted Pendulum Model, Zero Moment Point, state-space representation, swing leg gravity compensation
- Yıl: 2007
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektronik Mühendisliği ve Bilgisayar Bilimi Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 84
Özet
Son kırk yılda insanların ve araştırmacıların robotik biliminden beklentilerinde bir değişim olduğu görülmüştür. Robotların endüstrideki yerini göz önünde bulundurmakla beraber, insanların günlük hayatlarındaki isteklerini karşılamaları da beklenmektedir. Bu sebepten insansı robotlara olan ilgi gün ve gün artış göstermektedir. ???? nsanların yaşadığı ortamlar uyum sağlamaları ve insana benzer yapıları sebebiyle kurtarma çalışmaları, hasta bakıcılığı ve asistanlık gibi görevleri üstlenmeleri istenmektedir. Fakat lineer olmayan karasız dinamikleri ve çok sayıda eklemleri yüzünden kontrol edilmeleri çok zorlu bir görev olmakla beraber bu robotlar için yürüyüş referansı elde edimi de çok zordur. Bu yüzden yaratılan referansların izlenmesi için çok fazla kontrol müdahalesi gerekmemesi istenmektedir. Lineer Ters Sarkaç Modeli (LIPM) böyle referansların elde edilmesi için uygun bir altyapı sağlamaktadır. Bu modelde vücut bir noktasal ağırlık olarak kabul edilmekle beraber bacaklar da ağırlıksız çubuklar olarak modellenmektedir. Buna ek olarak Sıfır Moment Noktası (ZMP) da kararlı referans elde edilmesi için güçlü bir yöntem olmakla beraber robotun kararlılığı açısından çok önemli bir kriterdir. Bu kriter yardımıyla gelişmiş Lineer Ters Sarkaç Modelleri elde edilmiş ve uygulanmıştır. Bu tezin amacı ağır bacaklı robotlar için LIPM tabanlı, işlemsel uygulama açısından avantajlı olan ve çok yönlü bir referans oluşturma tekniği geliştirmektir. Bunun için ayrık zamanlı durum-uzay modellerine sahip çift noktasal ağırlık içeren bir LIPM modeli önermektedir. LIPM modeli uygulaması tek ayak destek ve çift ayak destek safhalarına göre sırasıyla tek ve çift noktasal ağırlıklı modeller arasında geçiş yardımıyla elde edilmiştir. Elde edilen referanstan ters kinematik yardımıyla eklem değişkenleri elde edilmiş ve her eklem için bağımsız PID denetleyicileri kullanılmıştır. Yaratılan referansın verimi benzetim yardımıyla doğrulanmıştır. Benzetim, bu referansların 12 serbestlik dereceli bir robotun 3B dinamik modeline uygulanması ile gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar kullanılan modelin tek ağırlıklı modele göre daha iyi sonuçlar verdiğini doğrulamaktadır.
Özet (Çeviri)
Expectations of people and researchers from robotics have changed in the last four decades. Although robots are used to play their roles in the industrial environment, they are anticipated to meet social demands of people in daily life. Therefore, the interest in humanoid robotics has been increasing day by day. Their use for elderly care, human assistance, rescue, hospital attendance and many other purposes is suggested due to their adaptability and human like structure. Biped reference trajectory generation is a challenging task as well as control owing to the instability trend, non-linear robot dynamics and high number of degrees of freedom. Hence, the generated reference trajectories have to be followed with minimum control interference. Linear Inverted Pendulum Model (LIPM) is used to meet this demand which assumes the body as a falling point mass connected to the ground with a massless rod. The Zero Moment Point (ZMP) is a stability criterion for legged robots which provides a more powerful, stable reference generation. With the assistance of this methodology, advanced Linear Inverted Pendulum Models are implemented. This thesis aims to improve the applicability of the versatile and computationally effective LIPM based reference generation approach for the robots with heavy legs. It proposes a swing-leg gravity compensation technique based on a two-mass linear inverted pendulum model which is simulated on a discrete state space model. LIPM modeling is implemented by switching between one-mass and two-mass models during double support and single support phases, respectively. The joint trajectories are then obtained by inverse kinematics and PID controllers are employed independently at joint level for locomotion. The effectiveness of the generated reference trajectories is verified by simulation. The reference generation and control algorithm is tested with a 3-D full dynamic simulator on the model of a 12 DOF biped robot. Results indicate better performance of the one-mass-twomass switching LIPM over the one-mass LIPM.
Benzer Tezler
- İnsansı robotlarda yürüme
Humanoid walking
SABRİ YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. METİN GÖKAŞAN
- A stable, energy and time efficient biped locomotion
Kararlı, enerji ve zaman tasarruflu iki bacaklı yürüme
SABRİ YILMAZ
Doktora
İngilizce
2022
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. METİN GÖKAŞAN
- Anti swing up control of a single, double and triple link rotary inverted pendulum with nonlinear friction models
Doğrusal olmayan sürtünme modelleriyle tek, çift ve üç bağlı dönel ters sarkacın salınım önleyici kontrolü
ZIED BEN HAZEM
Doktora
İngilizce
2021
Mekatronik MühendisliğiKocaeli ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZAFER BİNGÜL
- Nicemli kontrol girişi ile ters sarkaç yukarı kaldırma benzetimi
Inverted pendulum swing-up simulation with quantized control inputs
ZUHAİR SHAKOR MAHMOOD
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiEskişehir Osmangazi ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDURRAHMAN KARAMANCIOĞLU
- Doğrusal olmayan ters sarkaç sisteminin tasarımı ve kontrolü
Development and control of the nonlinear inverted pendulum system
SELÇUK KİZİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2008
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolKocaeli ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CÜNEYT OYSU