Body attitude control of a planar one-legged hopping robot using a novel air drag assisted reaction wheel
Hava sürtünmesi destekli özgün bir tepki tekerleği ile tek bacaklı düzlemsel bir robotun gövde dengesinin sağlanması
- Tez No: 618934
- Danışmanlar: DOÇ. DR. AFŞAR SARANLI, DOÇ. DR. YİĞİT YAZICIOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 100
Özet
Literatürde yer alan pek çok çalışmada sönümlemeli yay beslemeli ters sarkaç (YTS), bacaklı hareket dinamiğini modellemek için kullanılmaktadır. Bu modeli baz alan bazı çalışmalarda, robotun bacağına uygulanan torkun kontrolü ile robot kararlı bir şekilde hareket ettirilmektedir. Ancak bu çalışmalarda, gövdenin yere göre açısal serbestlik derecesinin bulunmadığı varsayılarak, gerçekte bacağa uygulanan torkun, gövdeye olan eşit şiddette ama ters yöndeki etkisi, sistemin dinamiğine katılmamaktadır. Robotun bacak hareketi sırasında gövdenin açısında oluşan bozulmayı düzeltmek için gövdeye dengeleyici bir tork verilmesi gerekmektedir. Gereken bu tork, bir tepki tekerleği ile sisteme verilebilir. Ancak her adımda, eğer sisteme sürekli aynı yönde (pozitif veya negatif) bir tork verilmesi gerekiyorsa, tepki tekerleğinin hızı belli bir yönde artmakta, bu da sistemin gerçekte uygulanabilirliğini engellemektedir. Bu sorunu çözmek adına tez kapsamında, hava sürtünmesi destekli özgün bir tepki tekerleği tasarımı ile, tekerleğin hızıyla ve ivmesiyle orantılı bir tork elde ederek, robotun gövdesi için sürdürülebilir bir denge sağladık. Her iki sistem modelinin (klasik ve hava sürtünmeli yaklaşım) içinde bulunduğu fazlara (uçuş ve yer) göre dinamik denklemleri elde ettik ve bunları tez içinde ayrıntılı olarak sunduk. Bu dinamik denklemleri kullanarak ve yer ile yaptığı etki-tepki kuvvetlerini de hesaba katarak, melez sistemin düzlemsel hareket sırasındaki fiziksel benzetimini gerçekleştirdik. Bu benzetimlerde, literatürdeki bacaklı robotların hareketini sağlayan iki farklı kontrolcü altında robotun bozulan gövde açısını düzeltmek için, hem klasik hem de hava sürtünmeli tepki tekerleği yaklaşımlarını PD ve PID metodlarını kullanarak kontrol ettik. Benzetim çalışmaları ile fikrimizin uygunluğunu başarılı bir şekilde gösterirken, fiziksel deneylerle de gereken sürtünme torklarına ulaşılabileceğini belirledik.
Özet (Çeviri)
In the literature, spring-loaded inverted pendulum (SLIP) model with damping has been used to represent the dynamics of legged locomotion. Based on a planar version of the model, a group of existing work focus on controlling the hip torque (between body and leg) in stance and in flight phases to generate stable planar locomotion (the SLIP-T model). Most of these studies assume an infinite body inertia such that the applied hip torque does not affect the attitude of the robot body. In practice, for any finite robot body inertia, applying time varying hip torque profiles will result in a dynamic change in the body attitude. To cancel this attitude disturbance, a compensating torque is required to be applied directly to the robot body. It is possible to use a reaction wheel to generate this torque. However, if the required torque is biased with a positive or negative direction over each stride (which is the case for hopping locomotion) the resulting wheel velocity becomes unbounded and unrealizable in practice. To solve this problem in the scope of the thesis, we propose a novel air drag assisted reaction wheel that generates a torque proportional to both wheel speed and wheel acceleration to achieve sustainable stabilization of the body attitude. We derive the dynamic model of both (regular and drag based) systems and present them in detail. Using these dynamics, we perform hybrid system simulation (with ground contact) of the planar robot system during locomotion. Under two different locomotion controllers from the literature, we demonstrate the disturbances on the body attitude and propose PD and PID based control of the regular and drag based reaction wheels to stabilize the platform. Having successful results from our simulation experiments, we also test the feasibility of the approach by conducting physical experiments to determine the required and obtainable drag torque.
Benzer Tezler
- Differential flatness-based fuzzy controller design for aggressive maneuvering of quadcopters
Çok rotorlu hava araçlarının agresif manevra kontrolü için diferansiyel düzlük tabanlı bulanık kontrolör tasarımı
ÇAĞRI GÜZAY
Doktora
İngilizce
2023
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TUFAN KUMBASAR
- İnsansız sualtı aracının matematiksel modelinin durum ölçümlerine dayalı olarak tanılanması ve hata toleranslı kontrol
Identification of the mathematical model of an unmanned underwater vehicle based on state measurements and fault tolerant control
EMRE ÜNEY
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÇİNGİZ HACIYEV
- Modeling, identification and simulation of a quadrotor using real-time flight data
Bir dört rotorlu hava aracının gerçek zamanlı uçuş verisi ile modellemesi, tanılaması ve simülasyonu
ATAKAN SARIOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. AYHAN KURAL
- Hapishanelerde ifade özgürlüğü bağlamında kitap yasakları
Book bans in the context of freedom of expression in prisons
EVİN NAZ ERCAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
HukukGalatasaray ÜniversitesiKamu Hukuku Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZEN ÜLGEN ADADAĞ