Analysis and control of periodic gaits in legged robots
Bacaklı robotlar için periyodik yürüme davranışlarının analizi ve kontrolü
- Tez No: 482320
- Danışmanlar: PROF. DR. ÖMER MORGÜL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 151
Özet
Bacaklı hareketlerinin analizi, sistem tanılaması ve kontrolü, doğadaki canlılar gibi hareket eden robotların geliştirilebilmesi amacıyla birçok araştırmacı tarafından yoğun ilgi görmüştür. Bacaklı hareketliliği anlamak amacıyla yapılan çalışmalar, bu sistemlerin tanılaması, analizi ve kontrolü için kullanılabilecek Yaylı Ters Sarkaç (YTS) modeli (ve çeşitli türevleri) gibi matematiksel modellerin ortaya çıkmasına olanak sağlamıştır. YTS modeli, dinamik denklemleri bakımından kütlesiz bir yaya eklenen basit bir noktasal kütle olarak ifade edilmektedir. Ancak bu basit görünümlü yapısına rağmen, YTS modeli, integrali alınamadığı daha önce kanıtlanmış olan kısıtlı üç cisim problemi formülasyonuna sahiptir. Bu nedenle, YTS modelinin hareket denklemlerinin elde edilebilmesi amacıyla çeşitli yakınsamalı analitik çözümler türetilmiştir. Ayrıca, bazı araştırmacılar kısmi geri beslemeli doğrusallaştırma yöntemleri gibi bazı teknikler kullanarak da YTS modelinin hareket denklemleri için çeşitli çözümler üretmiştir. Bu çalışmada ilk olarak, basit YTS modelini iki ek eyleyici ile genişleten Çoklu-eyleyicili Tüketimli YTS (ÇT-YTS) modeli olarak adlandırdığımız bir YTS tabanlı bacaklı hareketlilik modeli değerlendirilmiştir. Bu eyleyicilerden birincisi, bacak yayına seri halde bağlanarak bacak yayının sıkışması ve gevşemesi üzerinde direkt kontrol sağlayacak bir doğrusal eyleyicidir. İkincisi ise, kalçaya sabitlenen ve bacağın dönüş ekseninde tork girdisi sağlayan bir dönel eyleyicidir. Bu tip eyleyiciler temel olarak doğadaki canlı dinamiklerinden esinlenilmiş ve bacaklı hareketlilik modellerine dahil edilmiştir. Çalışmanın devamında, değerlendirilen bacaklı hareketlilik modelinde (ÇT-YTS) yer alan bazı doğrusal olmayan dinamiklerin etkisini ortadan kaldıracak ve bu sayede herhangi bir yakınsama ihtiyacı olmadan tam analitik çözümler elde edebilmemize olanak sağlayacak bir kısmi geri beslemeli doğrusallaştırma yönteminin sunulmasıdır. Tam analitik çözümlerin elde edilebilmesi, ÇT-YTS modelinin zıplama davranışı sırasında kararlılık analizinin yapılabilmesi için oldukça önemlidir. Sunulan çözüm yönteminin uygulanabilirliği açık döngü ve kapalı döngü zıplama davranışı performanslarına bakılarak çeşitli engebeli arazi simülasyon çalışmaları üzerinde karşılaştırmalı olarak gösterilmiştir. Son olarak, ÇT-YTS modelinin çift bacaklı yürüyüş hareketleri için de uygulanabileceğini göstermekteyiz. Bu kapsamda, iki bacağa da ayrı ve bağımsız ancak eşzamanlı olarak kontrol edilebilen ÇT-YTS modelleri atanmıştır. Ortaya çıkan bu yeni çift bacaklı yürüyüş modeli ise Çoklu-eyleyicili Tüketimli Çift bacaklı YTS (ÇTÇ-YTS) modeli olarak adlandırılmıştır. Buradaki kilit fikir, ÇT-YTS modeli için önerilen kısmi geri beslemeli doğrusallaştırma yönteminin aslında çift bacaklı ÇTÇ-YTS modeli için de aynı şekilde kullanılarak tam analitik çözümlerin elde edilebilmesidir. Çalışmalarımızı desteklemek amacıyla, ÇTÇ-YTS modelinin de açık döngü ve kapalı döngü yürüyüş davranışının birbirinden farklı engebeli yer profilleri üzerinde ayrıntılı performans değerlendirmeleri sunulmuştur.
Özet (Çeviri)
The analysis, identification and control of legged locomotion have been an interest for various researchers towards building legged robots that move like the animals do in nature. The extensive studies on understanding legged locomotion led to some mathematical models, such as the Spring-Loaded Inverted Pendulum (SLIP) template (and its various derivatives), that can be used to identify, analyze and control legged locomotor systems. Despite their seemingly simple nature, as being a simple point mass attached to a massless spring from dynamics perspective, the SLIP model constitutes a restricted three-body problem formulation, whose non-integrability has been proven long before. Thus, researchers came up with approximate analytical solutions or they used some other different techniques such as partial feedback linearization for the sake of obtaining analytical Poincaré return maps that govern the motion of the desired legged locomotor system. In the first part of this thesis, we consider a SLIP-based legged locomotion model, which we call as Multi-Actuated Dissipative SLIP (MD-SLIP) that extends the simple SLIP model with two additional actuators. The first one is a linear actuator attached serially to the leg spring to ensure direct control on the compression and decompression of the leg spring. The second actuator is a rotatory one that is attached to hip, which provides ability to inject some torque inputs to the system dynamics, which is mainly inspired by biological legged locomotor systems. Following the analysis of MD-SLIP model, we utilize a partial feedback linearization strategy by which we can cancel some nonlinear dynamics of the legged locomotion model and obtain exact analytical solutions without needing any approximation. Having exact analytical solutions is crucial to investigate stability characteristics of the MD-SLIP model during its hopping gait behavior. We illustrate and compare the applicability of our solutions with open-loop and closed-loop hopping performances on various rough terrain simulations. Finally, we show how the MD-SLIP model can be anchored to bipedal legged locomotion models, where we assign two independent MD-SLIP models to each leg and investigate the system performance under their simultaneous but independent control. The proposed bipedal legged locomotion model is called as Multi-Actuated Dissipative Bipedal SLIP (MDB-SLIP) model. The key idea here is that we can still utilize the partial feedback linearization concept that we applied for the original MD-SLIP model and ensure exact analytical solutions for the MDB-SLIP model as well. We also provide detailed investigations for open-loop and closed-loop walking gait performance of the MDB-SLIP model on different noisy terrain profiles.
Benzer Tezler
- 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
GÜNEŞ BAYIR
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü
PROF. DR. ÖMER MORGÜL
DOÇ. DR. ULUÇ SARANLI
- Analysis and control of body attached underactuated spring mass runner morphologies
Eksik tahrikli gövdeli yaylı kütle koşucu morfolojilerinin analizi ve kontrolü
İZEL SEVER GÖKMEN
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA MERT ANKARALI
PROF. DR. ULUÇ SARANLI
- Pnömatik silindirli yarı etkin diz ekleminin sonlu durum denetimi ve diz eklemi protezi test platformu tasarımı
Finite state control of semi active knee joint with pneumatic damper and a test platform design for testing knee prosthesis
TUNA ORHANLI
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ATİLA YILMAZ
- IEEE 1149.1 standardı kullanarak test edilebilir lojik devre tasarımı
Testable lojik circit design by using IEEE 1149.1 standard
A.BETÜL TUNCER
Yüksek Lisans
Türkçe
1992
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF. DR. AHMET DERVİŞOĞLU
- The Relationship between the evaluation of EFL speaking skills and learners attitudes and performance
Başlık çevirisi yok
SİBEL ÖNDER
Yüksek Lisans
İngilizce
1992
Eğitim ve Öğretimİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiDR. LİONEL M. KAUFMAN