Design of a controller for a biped robot in the lateral plane
İki ayaklı robot için ön düzlemde kontrolcü tasarımı
- Tez No: 730839
- Danışmanlar: DR. G. A. MEDRANO CERDA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 1997
- Dil: İngilizce
- Üniversite: University of Salford Manchester
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kontrol ve Kumanda Sistemleri Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 124
Özet
Özet 10 serbestlik dereceli iki ayaklı robotu ön düzlemde dengede tutmak için kontrol sistemi tasarlanmıştır. Tüm eklemler dişli kutulu DC motorlarca sürülmektedir ve eklemler arası bağıl açı potansiyometreler ile ölçülmektedir. Robot 1.675m boyunda ve yaklaşık 14.234kg ağırlığındadır. Gövde iki serbestlik derecelidir ve hem öz düzlem hem de yan düzlemde harekete imkân tanımaktadır. Kalçalardaki eklemler ayakların yanlara hareket etmesini sağlamaktadır. Kane eşitlikleri robotun matematik modelini elde etmede kullanılmıştır. Model doğrusal değildir ve kararsızdır. Doğrusallaştırılmış kesikli zamandaki modeli kullanan Lineer Kuadratik Regülatör (LQR) tekniği ile geri besleme ile sistem kararlı hale getirilmiştir. Azaltılmış dereceli gözlemleyici de geri besleme de kullanılmıştır. Kontrol sistem parametrelerinin etkilerini gözlemlemek için ilk hesaplamalar ve benzetimler Matlab da yapılmıştır. Sonra benzer hesaplamalar C programı ile yapılmıştır. Kontrolcüler Analog/Dijital ve Dijital/Analog kartları olan 486x50Mhz bilgisayarda uygulanmıştır. Geri besleme kazanç matrislerinin değerleri, filtre edilmiş referanslar ile ölçülen durum değişkenleri arasındaki farkı azaltacak şekilde ayarlanmıştır. Deneysel sonuçlar kontrol sisteminin başarılı olarak uygulandığını ve robotu ön düzlemde kararlı hale getirdiğini göstermektedir. Deneylerde gövde ve kalça eklemi -0.2 rad açılarına yavaş ve hızlı ön filtreleme ile sürülmüştür (yr[k] pozitif referans sinyalidir). Gövde yavaş değişen rp[k] referans sinyalini takip etmede zorlanmıştır. Deneylerde hızlı ön filtreler kullanıldığında eklem hatası azalmıştır. Gövde de yavaş ön filtreler kullanıldığında, kontrol sinyali sınır olan 10Volt'un altında kalmıştır. Fakat daha hızlı hareketlerde gövdede kullanılan motorlar daha yüksek gerilimlere ihtiyaç duymaktadır. Güç kaynaklarında doyuma ulaşılmamak için, sinyaller bilgisayar içerisinde sınırlandırılmıştır. Kalça eklemi yavaş değişen referans sinyalini gövdeden daha iyi takip etmiştir. Bunun sebebi kalça eklem motorlarının daha güçlü olması ve ilk kalkışta daha düşük gerilim değerlerine ihtiyaç duymasıdır. Kalça eklemi doksan derecelere kadar sürüldüğünde daha yüksek kalıcı durum gerilimlerine ihtiyaç duymaktadır.
Özet (Çeviri)
ABSTRACT A control system is designed to keep the 10-degree freedom biped robot in balance in the lateral plane. All the joints of the robot are driven by geared DC motors, and potentiometers are used to measure the relative displacements of the links. The robot is approximately 1.675 meters tall, and weighs roughly 14.234 kg. The trunk has two degrees of freedom allowing motions both in the lateral and in the sagittal plane. The joint in the hip allows sideways motions of the leg. Kane's equations are used to obtain a mathematical representation of the robot. The model is non-linear and unstable. State feedback utilising Linear Quadratic Regulator (LQR) technique, is used to stabilise the linearized discrete-time model. A reduced order observer is used to implement the state feedback. Initial calculations and simulations of the robot are carried out using Matlab to see the effects of several design parameters, then similar simulations are performed with a C program. The controllers are implemented in a 486x50MHz computer equipped with A/D and D/A boards. The feedback gain matrix is tuned experimentally to reduce the error between pre-filtered reference signals and the measured state variables of the plant. The experimental results showed that the control law was successfully implemented and it stabilised the robot in the lateral plane. In the experiments, the trunk and the hip are driven to –0.2 rad (with a positive reference signal ) with slow and faster pre-filters. The trunk had difficulty to follow the slowly changing reference signal . When the fast pre-filters are introduced in the experiment, the discrepancy was smaller. The control efforts of the trunk with the slow pre-filters were below the clamping limit of 10 volts. However to deliver fast response, the trunk motor needed high voltages. To prevent saturation in the power supplies, signals are clamped inside the computer. The hip followed the slow changing reference signal smoother than the trunk. This is because the hip motor is more powerful and requires smaller start up voltages. The hip was driven to angles about the horizontal axis therefore, larger steady state voltages are needed.
Benzer Tezler
- İki ayaklı yürüyen robot tasarımı ve prototip imalatı
Design and contruction of 12 dof biped robot
ALPER GERÇEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HİKMET KOCABAŞ
YRD. DOÇ. DR. ZEKİ YAĞIZ BAYRAKTAROĞLU
- İki ayaklı yürüyen prototip robotun gerçek zamanlı denetimi
Real time control of biped robot
BURAK TASASIZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ZEKİ YAĞIZ BAYRAKTAROĞLU
- Paletli mobil manipülatör tasarımı ve modellenmesi
Tracked mobile manipulator design and dynamical modelling
MUSTAFA TOLGA YAVUZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAKAN TEMELTAŞ
- Modelling, control and locomotion of a twelvedegree of freedom biped robot
.
DAVUT AKDAŞ
Doktora
İngilizce
2001
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiThe University of SalfordElektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. G.A. MEDRANO-CERDA
- Design and implementation of a lightweight and modular biped robot for human-like locomotion
İnsan benzeri hareket için hafif ve modüler iki bacaklı robot tasarımı ve uygulaması
TOLGA OLCAY
Doktora
İngilizce
2016
Mekatronik MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. AHMET ÖZKURT