Whole-body bound gait control of a quadruped robot equipped with anactive spine joint
Aktif omurga eklemi ile donatılmış dört ayaklı robotta sıçrama yürüyüşünün tüm vücut hareketi kontrolü
- Tez No: 711153
- Danışmanlar: DOÇ. DR. KEMALETTİN ERBATUR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Mekatronik Mühendisliği, Mechatronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mekatronik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 162
Özet
Bacaklı robotlar, eklemli yapıları sayesinde gelişmiş manevra ve araziye uyum kabiliyetine sahiptirler. Bacaklı robotlar, özellikle de dört bacaklı olanlar, tekerlekli ve paletli kara robotlarına göre engebeli arazide önemli avantajları vardır. Çeşitli ortamlarda özel görevleri yerine getirmek söz konusu olduğunda potansiyelleri çok yüksektir. Yine de dörtlü robotları kullanmak basit bir süreç değildir. Bu robotlar yüksek serbestlik derecelerinin yanında, karmaşık ve doğrusal olmayan dinamiklere de sahiptir. Doğa bize hayvanların enerjilerini verimli bir şekilde kullanırken dengelerini koruması ve hareket hızlarına göre yürüyüş şekillerini değiştirmesi hakkında bilgi verir. Bu nedenle, dört ayaklı robotların görevleri sırasında hem statik hem de dinamik yürüyüşler dahil olmak üzere çok sayıda dört ayaklı yürüyüş çeşidinde başarılı olmaları gerekir. Dinamik yürüyüşler için hayvanlar çoğunlukla omurgalarındaki eklemleri kullanır. Ayrıca, omurganın faydaları yürüyüş seçimi ile de yakından bağlantılı görünmektedir. Bu nedenle, dört bacaklı robotlara aktif bir omurga eklemek, dinamik hareket performanslarını etkili bir şekilde arttıracaktır. Ancak, ek serbestlik derecesi sistemin karmaşıklığını artırır. Dört bacaklı robotları önemli operasyonlarda kullanmadan önce karmaşık bir dizi zorluğun çözülmesi gerekmektedir. Bu tez, bir omurga eklemi ile donatılmış dört bacaklı bir robotun dinamik sıçrama yürüyüşü üzerine bir çalışma sunmaktadır. Referansların sentezi, hareket planlaması için temas kuvvetleri oluşturularak gerçekleştirilmiştir. Temas kuvvetleri, doğrusal ve açısal momentum ve itki yasalarının yardımıyla planlanmıştır. Bir optimizasyon algoritması ile uygun temas kuvvetleri üretilmiştir. Optimizasyon, ardışık kuadratik programlama yöntemi kullanılarak çözülmüştür. Oluşturulan referansları izlemek için operasyonel uzayda hibrit bir kuvvet-hareket kontrolü oluşturulmuştur. Kuvvet ve hareket kontrolörü arasındaki geçişe yardımcı olmak için bir yürüyüş fazı geçişi kullanılmıştır. Önerilen yöntemi test etmek için MATLAB/Simulink ortamında tam dinamik bir üç bouytlu benzetim ortamı oluşturulmuştur. Dört bacaklı robotun hareket denklemleri hem Newton-Euler hem de Lagrange yaklaşımları kullanılarak üretilmiştir. Kısıtlama-tabanlı temas fiziği oluşturmak için doğrusal bir tamamlayıcılık problemi kullanılmıştır. Benzetim sonuçları, önerilen bütün vücut hareket kontrol yönteminin etkinliğini doğrulamaktadır.
Özet (Çeviri)
Legged robots stand out with their maneuverability and terrain adaptability potential owing to their articulated limb structure. Quadrupeds have considerable advantages on rugged terrain over wheeled and tracked robotic land platforms. They have virtues when employed for tasks in diverse environments. Still, commissioning quadruped robots is not a straightforward process. These robots have not only high degrees of freedom but also complex and non-linear dynamics. Nature provides us knowledge about how animals choose and vary their gait according to their locomotion speed while keeping their balance and utilizing their energy efficiently. Hence, quadruped robots need to perform a variety of gaits, including static and dynamic ones, during their assignments. Spine articulation is mainly put to work for fast, dynamic animal gaits. Spinal motion is also instrumental in gait to gait transitions. Therefore, adding an active spine to a quadruped robot is an effective way to boost its dynamic motion performance. Nonetheless, the additional degrees of freedom increase the complexity of the system. A complicated set of challenges has to be met for employing spine joints effectively. This dissertation presents a study on the dynamic bound gait of a quadruped robot equipped with a spinal joint. Motion generation is carried out by forming reference contact forces. Contact forces are planned with linear and angular momentum laws and impulse equations. Suitable contact forces are produced by an optimization algorithm. As an optimization solver, sequential quadratic programming is utilized. A hybrid force-motion control framework is created in the operational space for tracking generated references. A gait phase transition method is devised for the application of force and position controllers. To test the proposed method, a full-dynamics $3D$ simulation environment is built. The equations of motion of the quadruped robot are obtained by the Newton-Euler and the Lagrangian approaches. A linear complementarity problem is cast to develop constraint-based contact physics for ground interaction modeling. Simulation results verify the performance of the proposed whole-body motion control method.
Benzer Tezler
- Bebeklerde ve annelerinde bebek-taşıyıcısının postüral denge üzerindeki akut etkisinin araştırılması
Investigation of the acute effect of baby-carrier on postural balance in babies and their mothers
SEVGİ PEHLİVAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Fizyoterapi ve RehabilitasyonBezm-i Alem Vakıf ÜniversitesiFizyoterapi ve Rehabilitasyon Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MÜBERRA TANRIVERDİ
- Radyosinovektomi holmiyum-166 ferrik hidroksitle elde edilen ilk klinik sonuçlar
Başlık çevirisi yok
M. SEDAT OFLUOĞLU
- Tüketicinin korunması çerçevesinde mobil haberleşme abonelik sözleşmesinde genel işlem koşulları
Standart contract terms in mobile communication subscription agreements within the framework of consumer protection
OSMAN AÇIKGÖZ
- Yaşam bütünselliğini Husserl ve Merleau-Ponty'nin fenomenolojileriyle düşünmek
Thinking life holism with the phenomenologies of Husserl and Merleau-Ponty
ZAFER KILIÇ
- Suda çözünür yeni makrohalkalı bileşiklerin sentezi ve biyolojik özelliklerinin incelenmesi
Synthesis of water-soluble new macrocyclic compounds and investigation of their biological properties
AYNUR KÜBRA MUT
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BEHİCE ŞEBNEM SESALAN