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: Belirtilmemiş.
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
- Soğuk gaz itki sistemlerinde tribolojik iyileştirme ile hassas itki kontrolu
Fine thrust control in cold gas propulsion systems through tribological improvements
FIRAT MEHMET GÜNKAN
Doktora
Türkçe
2026
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İLKER MURAT KOÇ
DR. BÜLENT SÜMER
- Türkiye'deki konut sorununun çözümünde endüstrileşmiş yapım yöntemlerinin yeri ve hücre sistemi ile yapılan tasarımda değişebilirliğe yönelik bir çalışma
A Study on the importance of the industrialized building methods in handling the housing problem in Turkey and the changeability in the box-unit design
NEJDET TANATMIŞ
- Glaphyrinae altfamillyasına bağlı bazı türlerin teşhisinde dış morfolojik karakterlerin kullanılması üzerinde çalışmalar
The Research on the subfamilly of glaphyrinae and the usage of the external morphdosical characteristics for Identifying some of its species
B.VERDA AKA
- Ankara botanik parkındaki bazı bitkilerin polenlerinin morfolojik çalışması
Morphological study of the pollen grains of some plants in Ankara botanic Park
MELAHAT KURTULUŞ