Joint friction estimation and slip prediction of biped walking robots
İki bacaklı yürüyen robotlar için eklem sürtünmesi ve ayak kayma tahmini
- Tez No: 389473
- Danışmanlar: Assoc. Prof. Dr. KEMALETTİN ERBATUR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Mekatronik Mühendisliği, Mechatronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mühendislik Bilimleri Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 118
Özet
Sürtünme doğrulsa olmayan ve oldukça karmaşık bir olgudur. İnsansı robotun eklemlerindeki sürtünme, robotun yürüme performansını hız ve dinamik davranış bakımından olumsuz etkilemektedir. Bu sebepten dolayı robot eklemlerindeki sürtünme istenmeyen bir durumdur. Diğer yandan robotun ayakları ile robotun üzerinde bulunduğu yüzey arasındaki sürtünme, hareketin gerçekleşebilmesi için gerekli olan ve istenilen bir durumdur. Robotun kaymadan hareket edebilmesi için gerekli olan azami hızlanma ve yavaşlama, bu sürtünme kuvveti ile belirlenir. Günümüzde bir çok sürtünme modeli geliştirilmiş olsa da, gerçek sürtünme özelliklerine tamamen sahip olan bir sürtünme modeli henüz yoktur. Bu eksiklik çevrimiçi sürtünme tahminini ve telafisinin önemini arttırmaktadır. Ancak çevrimiçi serbest model tahmini zor olsa da, online model tabanlı tanımlama yöntemleri oldukça kullanışlı olabilirler. Bu tez, eklem sürtünmesi tahmini ve insansı robotların kayma öngörüsü üzerine yeni bir yaklaşım sunmaktadır. Eklem sürtünmesi tahmini yaklaşımı, model tabanlı yöntem ve ölçme tabanlı stratejinin birleşimleri baz alınarak oluşturulmuştur. İlki ayak ye rile temas ettiğinde eklem sürtünmesini çevrimiçi tahmin etmek için kullanılmaktadır. Biped'in küçültülmüş dinamik modelindeki yük(kuvvet) ve ivme ölaümlerini kullanmaktador. İkincisi ayak sallanırken eklem sürtümesini temsil etmek için bir sürtünme modeli adopte etmektedir. Robotun ayağı yerle temas ettiği anda, çevrimiçi sürtünme tahminleri yardımıyla, model parametreleri uyarlamalı olarak tanımlanmaktadır. Tanımlama işlemi sonrasında eklem sürtünmesi tahmini, eklem tork kontrol sinyaline, kontrol performansını iyleştirmek için katkıda bulunmaktadır. Kayma öngörüsü model bazsız sürtünme davraıçı güdümlü bir yaklaşımdır. Ölçme tabanlı çevrimiçi algoritma, kayma eşiği olarak kabul edilen Coulomb sürtünmesini tahmin etmek için tasarlanmıştır. Kaymayı öngörmek için, güvenlik payı tahmin edilen Columb sürtünmesinin negatif çevresinde tanımlanmıştır. Tahmin algoritması, uygulanan kuvvetin güvenlik payının dışında olması durumunda ayağın kayma eğilimi göstereceği sonucuna varmaktadır. Tezde sunulmuş olan tahmin yaklaşımların, SURALP (Sabanci Üniversitesi Robotik Araştırma Laboratuvarı Platformu) üzerinde yapılan deneyler ve modeli üzerinde yapılan benzetimler ile doğruluğu onaylanmıştır. Sonuçlar, kullanılan metodların geçerliliğini kanıtlamaktadır.
Özet (Çeviri)
Friction is a nonlinear and complex phenomenon. It is unwanted at the biped joints since it deteriorates the robot's walking performance in terms of speed and dynamic behavior. On the other hand, it is desired and required between the biped feet and the walking surface to facilitate locomotion. Further, friction forces between the feet and the ground determine the maximum acceleration and deceleration that the robot can afford without foot slip. Although several friction models are developed, there is no exact model that represents the friction behavior. This is why online friction estimation and compensation enter the picture. However, when online model-free estimation is difficult, a model-based method of online identification can prove useful. This thesis proposes a new approach for the joint friction estimation and slip prediction of walking biped robots. The joint friction estimation approach is based on the combination of a measurement-based strategy and a model-based method. The former is used to estimate the joint friction online when the foot is in contact with the ground, it utilizes the force and acceleration measurements in a reduced dynamical model of the biped. The latter adopts a friction model to represent the joint friction when the leg is swinging. The model parameters are identified adaptively using the estimated online friction whenever the foot is in contact. Then the estimated joint friction contributes to joint torque control signals to improve the control performance. The slip prediction is a model-free friction-behavior-inspired approach. A measurement-based online algorithm is designed to estimate the Coulomb friction which is regarded as a slip threshold. To predict the slip, a safety margin is introduced in the negative vicinity of the estimated Coulomb friction. The estimation algorithm concludes that if the applied force is outside the safety margin, then the foot tends to slip. The proposed estimation approaches are validated by experiments on SURALP (Sabanci University Robotics Research Laboratory Platform) and simulations on its model. The results demonstrate the effectiveness of these methods.
Benzer Tezler
- Zemin çivileri tasarım prensipleri ve davranışın sonlu elemanlar yöntemiyle analizi
Başlık çevirisi yok
ALPER ARSLAN
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGeoteknik Bilim Dalı
DOÇ. DR. M. TUĞRUL ÖZKAN
- AVO analizi ile deniz tabanının modellenmesi
Modelling of the sea floor by AVO analysis
NESLİHAN OCAKOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Jeofizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiJeofizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. EMİN DEMİRBAĞ
- 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
- 6 serbestlik dereceli endüstriyel robotlar için sürü zekâlı algoritmalara dayalı optimal yörünge planlaması ve kontrolü
Optimal trajectory planning and control based on swarm intelligence algorithms for 6 dof industrial robots
HASAN KARCI
Doktora
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKocaeli ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ TANGEL
- Modelling, identification and passivity-based control of 6 dof industrial robot
6 serbestlik dereceli endüstriyel robotun modellenmesi, tanılanması ve pasiflik tabanlı kontrolü
MEHMET ALİ AKBULUT
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ZEKİ YAĞIZ BAYRAKTAROĞLU