Model based methods for the control and planning of running robots
Koşan robotların kontrol ve planlaması için model tabanlı yöntemler
- Tez No: 246575
- Danışmanlar: PROF. DR. ÖMER MORGÜL, YRD. DOÇ. DR. ULUÇ SARANLI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2009
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü
- Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 145
Özet
Yüklü Yay Ters Sarkaç (YYTS) modeli çok değişik boyut ve morfolojideki koşan hayvanların etkili ve güvenilir tanımlayıcı modellenmesinde uzun süredir kullanıldığı gibi değişik zıplayan robotların tasarımı için de bir taban oluşturmaktadır. Bu model üzerindeki ilerleyen araştırmalar integrali alınamayan dinamiği için değişik analitik yaklaşıklamalar ile sonuçlanmıştır. Yerçekimi etkisinin doğrusallaştırılmasından dolayı bu yaklaşıklamalar çoğunlukla kararlı durumdaki simetrik koşmalara yoğunlaşmıştır, ancak bu varsayım geçici rejim ve simetrik olmayan gezingelerin sıklıkla kullanıldığı karmaşık yüzeylerde bozulmaktadır. Bu tezin ilk kısmında, yeni bir yerçekimi etkisini düzeltme yöntemi tanıtılmış ve varolan analitik YYTS dinamiği yaklaşıklamasının güvenilirliği oldukça fazla simetrik olmayan gezingeler için arttırılmıştır. Yaklaşımımız bir adım sırasında yerçekiminin açısal moment üzerine olan toplam etkisinin yaklaşıklamaya dahil edilmesine dayanıyor ve böylelikle de bu kolay analitik yaklaşıklama reaktif adım planlanmasında da kullanılabilir. Yöntemimizin performansı litaratürde varolan iki analitik yaklaşıklama ile karşılaştırılmış, çok sık kullanılan simetrik olmayan gezingeler için diğerlerinden daha iyi olduğu ve simetrik gezingelerde ise aynı performansa sahip olduğu gözlenmiştir. Buna ek olarak, ayarlanabilir bükülmezlik için analitik yaklaşıklamalar ve bu yaklaşıklamaların hareket kestirme performansı analizi incelenmiştir. Benzer bir şekilde, değişken bükülmezlik yaklaşıklamasının yerçekimi etkisini düzeltme yöntemi ile birlikte kullanıldığında belirgin bir performans gelişimi gözlenmiştir. Bunun yanısıra, YYTS modelinin kontrollünde bu yaklaşmaların olası kullanımını gösterdik.Bacaklı robotlardaki araştırmaların arkasındaki asıl itici güç bu robotların karmaşık yüzeylerde ve dış ortamlarda yüksek devinim potensiyellerinin olmasıdır. Buna rağmen, bu robotlar için varolan kontrol algoritmalarının çoğu ya ortam ile ilgili katı varsayımlara (düz zemin gibi) yada çok düşük hızlarda kinematik planlamaya dayanmaktadır. Planlamanın geleneksel olarak kontroldan ayrılması genellikle model belirsizliğine ve ortam gürültüsüne karşı sistemin dayanıklılığının azalmasına neden olmaktadır. Bu tezin ikinci kısmında, koşma davranışları için sıklıkla kullanılan dinamik bir model olan basitleştirilmiş düzlemsel yay-kütle sıçrayanı için dinamik ve tamamen reaktif adım planlaması için yeni bir method önerilmektedir. Yaklaşımımız model dinamiğinin dikkatli bir şekilde karakterize edilmesine ve sıralı ardışık bileşim taslağı içerisinde kullanılacak ilgili deadbeat kontrolüne dayanmaktadır. Böylelikle çok geniş, hemen hemen evrensel çekim yöresi olan ve uygulama sırasında tekrar planlama ihtiyacı duymayan tamamen reaktif denetleyici sağlanmış olmaktadır. Son olarak, planlayıcının performansı simülasyon ortamında başitleştirilmiş bir sıçrayıcının üzerinde değişik yüzey koşullarında gösterilmiş ve yöntemin model belirsizliklerine ve ölçme gürültülerine karşı dayanıklı olduğunu gözlemlenmiştir.
Özet (Çeviri)
The Spring-Loaded Inverted Pendulum (SLIP) model has long been established as an effective and accurate descriptive model for running animals of widely differing sizes and morphologies. Not surprisingly, the ability of such a simple spring-mass model to capture the essence of running motivated several hopping robot designs as well as the use of the SLIP model as a control target for more complex legged robot morphologies. Further research on the SLIP model led to the discovery of several analytic approximations to its normally nonintegrable dynamics. However, these approximations mostly focus on steady-state running with symmetric trajectories due to their linearization of gravitational effects, an assumption that is quickly violated for locomotion on more complex terrain wherein transient, non-symmetric trajectories dominate. In the first part of the thesis , we introduce a novel gravity correction scheme that extends on one of the more recent analytic approximations to the SLIP dynamics and achieves good accuracy even for highly non-symmetric trajectories. Our approach is based on incorporating the total effect of gravity on the angular momentum throughout a single stance phase and allows us to preserve the analytic simplicity of the approximation to support research on reactive footstep planning for dynamic legged locomotion. We compare the performance of our method with two other existing analytic approximations by simulation and show that it outperforms them for most physically realistic nonsymmetric SLIP trajectories while maintaining the same accuracy for symmetric trajectories. Additionally, this part of the thesis continues with analytical approximations for tunable stiffness controlof the SLIP model and their motion prediction performance analysis. Similarly, we show performance improvement for the variable stiffness approximation with gravity correction method. Besides this, we illustrate a possible usage of approximate stance maps for the controlling of the SLIP model.Furthermore, the main driving force behind research on legged robots has always been their potential for high performance locomotion on rough terrain and the outdoors. Nevertheless, most existing control algorithms for such robots either make rigid assumptions about their environments (e.g flat ground), or rely on kinematic planning with very low speeds. Moreover, the traditional separation of planning from control often has negative impact on the robustness of the system against model uncertainty and environment noise. In the second part of the thesis, we introduce a new method for dynamic, fully reactive footstep planning for a simplified planar spring-mass hopper, a frequently used dynamic model forrunning behaviors. Our approach is based on a careful characterization of the model dynamics and an associated deadbeat controller, used within a sequential composition framework. This yields a purely reactive controller with a very large, nearly global domain of attraction that requires no explicit replanningduring execution. Finally, we use a simplified hopper in simulation to illustrate the performance of the planner under different rough terrain scenarios and show that it is robust to both model uncertainty and measurement noise.
Benzer Tezler
- Yüklenici inşaat işletmeleri için proje özelliklerinin ve riskin dikkate alındığı finansal planlama modeli
A Financial planning model based on project characteristics and risk for contracting firms
ELÇİN TAŞ
- Yazılım projelerinde iş gücü tahmini için makine öğrenmesi yöntemlerinin karşılaştırılması
Comparison of machine learning methods for software project effort estimation
VEHBİ YURDAKURBAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TAKUHİ NADİA ERDOĞAN
- Ticari banka yönetimi ve Türk ticari bankalarının temel yönetim sorunları
The management of the commercial bank and the basic problems of the Turkish comercial bank
AYŞE ÇİĞDEM ÖNAL
- How cryptographic implementations affect mobile agent systems
Şifreleme gerçekleştirmelerinin gezgin aracı internet sistemlerini nasıl etkilediği
İSMAİL ULUKUŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2003
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolBoğaziçi ÜniversitesiSistem ve Kontrol Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EMİN ANARIM
- Path planning using heuristic algorithm in dynamic environment
Dınamık ortamda sezgısel bır algorıtma kullanarak yol planlama
ZAHRA ELMI
Doktora
İngilizce
2019
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolHacettepe ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET ÖNDER EFE