Trajectory generation for flight phase of a quadruped robot jump
Dört bacaklı robotun uzun atlayışı için uçuş evresi referans yörüngesi sentezi
- Tez No: 760478
- Danışmanlar: DOÇ. DR. KEMALETTİN ERBATUR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Mekatronik Mühendisliği, Mechatronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 161
Özet
Bacaklı robotlar, dik engelleri veya zeminde geniş boşlukları olan zorlu doğal arazilerde hareket etmek için kullanışlı ̈ozelliklere sahiptirler. Engebeli arazilerde hareket etmenin zorluklarının yanı sıra, sıçrama hareketleri sırasında beklenmedik darbelerle karşılaşabilirler. Dışarıdan gelen denge bozabilecek etkilerle maruz kalırken planlanan hareketlerini tamamlamalı, dengelerini korumalı ve düzeltebilmelidirler. Harici darbeler veya vücut yönelim hataları tespit edilebilmeli ve robotun dengesini yeniden sağlamak ve optimum iniş koşullarını sağlamak için uygun önlemler alınmalıdır. Bu tezde ilk olarak uçuş aşaması sırasında robot gövdesindeki yönelim hatalarını düzeltmek üzerinde durulmaktadır. Bel eklemlerine sahip dört bacaklı bir robotun gerçekleştirdiği uzun atlamada tamamen havada olduğu süre için referans yörüngeleri oluşturulmakta, bu amaçla destekli öğrenme tekniği kullanılarak yeni bir vücut konumu kontrol yöntemi sunulmaktadır. Ardından, açısal momentuma dayalı bir yöntem kullanılarak, bozulan vücut konumunun düzeltilmesine gidilmektedir. Ayrıca, aynı algoritma yardımı ile robotun gövdesine uçuş aşamasında isabet eden bir itme darbesinin neden olduğu düzensizliklerin giderilmesi için çevrimiçi referans yörünge oluşturan bir itme kurtarma yöntemi sunulmaktadır. Tezde açısal momentuma dayalı ikinci bir robot yörüngesi düzeltme tekniği de geliştirilmektedir. Bu teknik atalet değerlerini gerçek zamanlı hesaplaması açısından ilk ̈onerilen yöntemle farklılıklar içermektedir. Bu yaklaşımlar robotun havada istenen oryantasyonunu elde etmek için dört bacaklı robotun bel ve arka kalça eklemleri için referans yörüngeler üretmektedir. Referans yörüngelerini takip etmek için PID eklem konum kontrolü uygulanmaktadır. Hesaplamalarda kullanılan robot modeli, robotun gövdesinin her bir bileşenini yani bacak parçaları ve üç gövde kısmı kütle değeri ile temsil edildiğinden kapsamlıdır. Yörünge oluşturma için önerilen teknikler hesaplama açısından verimlidir ve bu da onları gerçek zamanlı uygulamalarda kullanıma uygun kılmaktadır. Önerilen algoritmalar, uzun bir atlayışın uçuş aşaması sırasında dört bacaklı bir robotun simülasyonu ile test edilmiştir. Bulgular, yöntemlerin açısal konum ve açısal hızı düzenlemede etkili olduğunu ve uygun bir iniş pozisyonu sağlayabildiğini ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
Legged robots excel in navigating challenging natural environments, such as steep obstructions or wide gaps in the ground. Apart from rough terrain, they may confront unexpected impact forces during their leaping gaits. While facing external disturbances, legged robots should maintain and restore their stability while completing their gaits. External disturbances and body orientation errors should be identified. Appropriate actions have to be taken to restore the balance of the robot and provide advantageous landing circumstances. This dissertation examines the robot body orientation errors during the flight phase and first offers a unique posture control method that uses reinforcement learning to build reference trajectories for a quadrupedal robot with waist joints during a long jump flight phase. Then, another novel algorithm for posture recovery is provided, this time based on angular momentum. The same algorithm is altered to account for perturbations in the flying phase caused by a push on the robot's body. We describe a push recovery method that uses angular momentum to build reference trajectories for the long jump. This work also contains a more detailed angular momentum-based reference generating approach for posture recovery. Real-time centroidal dynamics computation is employed in this second technique. These approaches provide reference trajectories for the waist and rear hip joints of the quadrupedal robot in order to acquire the desired orientation of the robot in the air. PID joint position control is used to track reference trajectories. The robot model used in the calculations is comprehensive since each component of the robot's body—the leg links and three torso portions—is represented by individual parameters. The suggested techniques for trajectory creation are computationally efficient, making them suited for use in real-time applications. The proposed posture control and push recovery approaches are tested on the model of a quadrupedal robot during the flight phase of a long jump via simulations. The findings reveal that the proposed methods are accurate in terms of angular position and angular velocity regulation and can achieve successful landing postures.
Benzer Tezler
- High-speed trajectory replanning and trajectory tracking for collision avoidance
Çarpışma önlemek için yüksek hızlı rota planlama ve rota takibi
MEHMET HASANZADE
Doktora
İngilizce
2021
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ EMRE KOYUNCU
- Aircraft trajectory optimization under wind effect by using optimal control: Environmental impact assessment
Optimal kontrol ile rüzgar etkisi altında uçak rota optimizasyonu: Havacılığın çevresel etkisinin değerlendirilmesi
FULİN SEZENOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Savunma ve Savunma Teknolojileriİstanbul Teknik ÜniversitesiSavunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM OZKOL
- Optimal aircraft trajectory planning based on high-resolution actual weather data
Yüksek çözünürlüklü gerçek hava durumu verileri ile optimum uçak rota planlaması
ALI ALIZADEH
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ EMRE KOYUNCU
- Numerical simulation of aircraft icing with an adaptive thermodynamic model considering ice accretion
Buz birikimini göz önüne alarak uyarlanmış bir termodinamik model ile uçakta buzlanmanın sayısal benzetimi
HADI SIYAHI
Doktora
İngilizce
2022
Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET CİHAT BAYTAŞ
- Modeling and controller design of an airborne wind energy system
Uçak temelli rüzgar enerjisi sisteminin modellenmesi ve kontrolcü tasarımı
ANIL SAMİ ÖNEN
Doktora
İngilizce
2024
Havacılık ve Uzay MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OZAN TEKİNALP