Identification and stability analysis of periodic motions for a planar legged runner with a rigid body and a compliant leg
Esnek bacaklı ve gövde eklenmiş düzlemsel bir bacaklı robotun periyodik hareketlerinin belirlenmesi ve kararlılık analizi
- Tez No: 335613
- Danışmanlar: PROF. DR. ÖMER MORGÜL, DOÇ. DR. ULUÇ SARANLI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2013
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 84
Özet
Yaylı Ters Sarkaç (YTS) insan ve hayvan hareketini modellemek için tasarlanmış, geniş kullanım alanı olan, temel bir şablondur. Popülerliğine rağmen, vücut dinamiklerini temsil etmek için YTS basit kalmaktadır çünkü üst gövde sadece bir noktasal kütle olarak gösterilmiştir. Noktasal kütle varsayımı sistem dinamiklerini basitleştirse de, üst gövde dinamiklerinin de dahil olduğu daha gerçekçi robotik platformlarını detaylı bir analiz imkanından yoksun bırakmaktadır. Bu nedenle, insan ve hayvan hareketini daha iyi anlamak için, klasik YTS modelinin bir üst gövde ile genişletilmiş halini temel alıp çalışmalarımızı yürüttük. Birleşik dairesel dinamikler yüzünden, YTS modelini Gövde-Eklenmiş Yaylı Ters Sarkaç (GE-YTS) modeline genişletmek analizine bazı zorluklar getirmiş olup, analitik çözümler elde etmeyi zorlaştırmıştır. Bu yüzden, modelin periyodik hareketlerini açığa çıkarmak için benzetim tabanlı analizler kullanılmıştır; bu analizler sistem dinamiklerinin sabit noktalarını bulmak için faydalı olacaktır. Sabit noktaların sistemin periyodik hareketlerine karşılık geldiklerini belirtmekte fayda vardır, bu sabit noktalar denetleyici tasarımında büyük önem taşımaktadırlar çünkü birçok uygulamada yatışkın durum denetleyici hedefleri olarak kullanılabilirler. Bu tezin ana hedefi GE-YTS modelinin sabit noktalarını bulmak ve bu noktaların içinde bulunduğu uzayı ve boyutunu incelemektir. Sistemin sabit noktalarını bulmak ve bu noktaların içinde bulunduğu uzayın özelliklerini incelemek için Orantılı Türevli (OT) denetleyici kullanılarak, kapsamlı benzetim çalışmaları yapılmıştır. Sonuç ta, bu çalışmalarımız bazı periyodik adımların varlığını açığa çıkarmış olup, denetleyici parametrelerinde durum bilgisi kullanılmadığı zaman, bu adımlarda kararlılık için gövde açısının aşağıya doğru olması gerektiği görülmüştür. Ek olarak, modelin periyodik adım atmaya devam etmesi için bir kararlılık bölgesi bulunmuştur. Son olarak, gövde açısının yukarıya doğru olduğu durumda koşma için bulunan sabit noktaların açık-döngü parametre kullanan denetleyicide kararsız olduğu görülmüştür. Ayrıca, bazı benzetim sonuçları kapalı döngü parametre kullanan, yani durum bilgisini kullanıp adım başı parametre düzeltmesi yapan, denetleyiciler varlığında vücut yukarı doğru meyilli iken periyodik hareketlerin varlığını göstermektedir.
Özet (Çeviri)
The Spring-Loaded Inverted Pendulum (SLIP) model is an extensively used and fundamental template for modeling human and animal locomotion. Despite its wide use, the SLIP is a very simple model and considering the effects of body dynamics only as a point mass. Although the assumption of a point mass for the upper body simplifies system dynamics, it prevents us from performing detailed analysis for more realistic robot platforms with upper trunks. Hence, we consider an extension to the classic SLIP model to include the upper body dynamics in order to better understand human and animal locomotion. Due to its coupled rotational dynamics, extending the SLIP model to the Body-Attached Spring-Loaded Inverted Pendulum (BA-SLIP) brings additional difficulties in the analysis process, making it more difficult to obtain analytical solutions. Consequently, simulations have been used to reveal the periodic structure behind locomotion with this model, and to find fixed points of discretized system dynamics. These fixed points correspond to periodic motions of the system and are important in designing controllers since they are used as steady-state control targets for most applications. The main concern of this thesis is to find fixed points of the BA-SLIP model and to investigate the dimension of the fixed point manifold. We performed extensive simulation studies to find fixed points of the system and the properties of the underlying space with a PD controller. Our simulations revealed the existence of periodic gaits, in which the upper body should be downward oriented for stable locomotion. Additionally, a region of stability is found such that the model sustains periodic gaits when it stays inside this region. Finally, we show that fixed points for running with upright body orientation are unstable when system dynamics are regulated with a constant parameter controller. We also present some simulation results which indicate the existence of stable periodic motions when controllers with time varying parameters, that use current state information, are used.
Benzer Tezler
- Analysis and control of periodic gaits in legged robots
Bacaklı robotlar için periyodik yürüme davranışlarının analizi ve kontrolü
HASAN HAMZAÇEBİ
Doktora
İngilizce
2017
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖMER MORGÜL
- Thermodynamic stability of binary compounds: A comprehensive computational and machine learning approach
İkili bileşiklerin termodinamik kararlılığı: Kapsamlı bir hesaplamalı yaklaşım ve makine öğrenmesi uygulaması
FERAYE HATİCE CANBAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiHesaplamalı Bilimler ve Mühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ADEM TEKİN
- TS-ISO 9OOO kalite güvence sisteminin pamuk ipliği tesisinde uygulanması
Application of ISO 9OOO quality assurance standart in a cotton-spinning mill
A.CELAL AŞKAROĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
1994
Tekstil ve Tekstil Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. MUSTAFA KÖSEOĞLU
- Identification, stability analysis and control of linear time periodic systems via harmonic transfer functions
Doğrusal ve zamanla periyodik olarak değişen sistemlerin harmonik transfer fonksiyonlar yoluyla tanılanması, kararlılık analizi ve kontrolü
ELVAN KUZUCU HIDIR
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖMER MORGÜL
- Süreksiz etkili diferansiyel denklemlerin çözümlerinin nitel analizi
Qualitative analysis of solutions of differential equations with discontinuous effects
NUR CENGİZ
Doktora
Türkçe
2021
MatematikSüleyman Demirel ÜniversitesiMatematik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DUYGU ARUĞASLAN ÇİNÇİN