Modular safety-critical control of legged robots
Bacaklı robotların modüler güvenliği kritik kontrolü
- Tez No: 792611
- Danışmanlar: DOÇ. DR. EVREN SAMUR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Makine Mühendisliği, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Computer Engineering and Computer Science and Control, Mechanical Engineering, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Doğrusal olmayan kontrol teorisi, Doğrusal olmayan optimizasyon, Hareketli robotlar, Makine öğrenmesi yöntemleri, Nonlinear control theory, Non-linear optimization, Mobile robots, Machine learning methods
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Sistem ve Kontrol Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Hızla yaygınlaşmakta olan ve performansı artan bacaklı robotlar, yakın gelecekte hayatlarımıza dahil olacak. Mevcut robotlarda halihazırda çeşitli kontrol algoritmaları kullanılmakta ve yeni kontrol metotları geliştirilmektedir. Bacaklı robotların yaygın kullanımlarını sağlamak ve geliştirme sürecini kolaylaştırmak için robotun güvenliği dikkatle ele alınmalıdır. Özellikle makine öğrenmesi kullanan kontrol yöntemlerinde güvenlik için model-temelli kısıtların da hesaba katılmasına ihtiyaç vardır. Bu tez, bacaklı bir robotun güvenliğini sağlamak, i.e., düşme olasılığını azaltmak, için modüler bir güvenlik filtresi sunmaktadır. Hareket edebilen bir robotun mevcut olduğu kabul edilmiştir, başka bir deyişle, bir nominal kontrolcü mevcuttur. Hareketli robotun çevresindeki arazi özellikleri, sadece propriyoseptif sinyaller kullanan makine öğrenimi yoluyla tahmin edilmiştir. Derin öğrenmede hızla yaygınlaşan verimli transformer mimarisi ile geliştirilen özgün bir derin öğrenme modeli, arazi özelliklerinin tahmini için kullanılmıştır. Karesel programlama ile arazi tahminleri, ters dinamikler ve özgün bir kontrol set fonksiyonu kısıtıyla birleştirilmiştir. Ortaya çıkan optimal kontrolcü bir filtre görevi görerek nominal kontrol sinyallerinin güvenli olduğunu sertifikalar, aksi halde kontrol sinyalini güvenliği ihlal etmeyecek şekilde değiştirir. Filtrelenmiş kontrol sinyali, robotun güvenli hareketiyle sonuçlanacaktır. Ortaya konan yaklaşım geneldir ve az bir çabayla diğer herhangi bir bacaklı robota aktarılabilir.
Özet (Çeviri)
With recent performance improvements, legged robots will soon enter our lives to stay. Various control algorithms are already employed in deploying existing robots, and many more algorithms are still in the making. Safety concerns during the operation of legged robots must be addressed to enable their widespread use and ease their development. Especially machine learning-based control methods would benefit from model-based constraints to improve their safety. This thesis presents a modular safety filter to improve safety, i.e., reduce the chance of a fall of a legged robot. The availability of a robot capable of locomotion is assumed, i.e., a nominal controller exists. During locomotion, terrain properties around the robot are estimated through machine learning which uses a minimal set of proprioceptive signals. A novel deep-learning model utilizing an efficient transformer architecture is used for terrain estimation. A quadratic program combines the terrain estimations with inverse dynamics and a novel control barrier function constraint to filter and certify nominal control signals. The result is an optimal controller that acts as a filter and the filtered control signal allows the safe locomotion of the robot. The resulting approach is general and could be transferred with low effort to any other legged system.
Benzer Tezler
- Farklı yükleme koşullarında geleneksel ve geliştirilmiş modüler kolon-kiriş birleşimlerinin sonlu elemanlar yöntemiyle incelenmesi
Finite element analysis of traditional and advanced modular beam-to-column connections under various loading conditions
SİBEL HAZİNEDAR
- 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
İstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Yükleniyor...
- Endüstriyel kontrol sistemlerinde varlık-servis modeline bağlı purdue mimarisine dayalı etki tabanlı bir siber risk değerlendirme yöntemi
An impact-based cyber risk assessment method based on purdue architecture, linked to the asset-service model in industrial control systems
FİRDEVS SEVDE TOKER
- Afet acil durum koşullarında afetzede ilköğretim çocuklarının beslenme gereksinimlerine yönelik mobil mutfak tasarımına ilişkin bir model önerisi
A proposed model for the design of mobile kitchens addressing the nutritional needs of primary school children affected by disasters and emergencies
GİZEM AKYOL
- Açık hatla istasyon bölgelerinin hatada güvenli anklaşman tasarımı ve PLC de gerçeklenmesi
Fail-safe interlocking design of open line and station areas and implementation with PLC
MUHAMMED İKBAL YILDIZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
İstanbul Teknik ÜniversitesiRaylı Sistemler Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Yükleniyor...