Momentum-aware robust locomotion control of a quadruped robot
Dört ayaklı bir robotun momentum farkındalı robust lokomosyon kontrolü
- Tez No: 928200
- Danışmanlar: DOÇ. REGAİP BARKAN UĞURLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mekatronik Mühendisliği, Mechanical Engineering, Mechatronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Özyeğin Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 104
Özet
Bu tez, dinamik olarak dengeli bacaklı hareket davranışını sürdürmek için dört ayaklı robotlar için yeni bir lokomosyon çerçevesi sunmuştur. Önerilen çerçeve iki bölümden oluşmaktadır: yörünge üretimi ve hareket denetleyicisi. İlk olarak, yörünge üretimi, zıplama ve koşma gibi çevik hareket görevlerini yerine getirmek için önizleme denetleyicisine dayalı ağırlık merkezi (CoM) yörüngesi üretimi sağlar. Geleneksel olarak, önizleme denetleyicisi sabit ağırlık merkezi yüksekliği ile yürüme planlaması için uygulanmaktadır, çünkü bu koşul sarkaç denklemini doğrusal hale getirmektedir. Sarkaç frekansı sabitken, değişen CoM yükseklikleri için yörünge üretiminin yapılabileceğini gösteriyoruz. Bu amaçla, sonsuz ve sonlu ufuk zamanlarına sahip, zamanla değişmeyen, doğrusal kuadratik düzenleyicinin kompakt ve gerçek zamanlı uygulanabilir bir çözümünü sunduk. İkinci olarak, önerilen lokomosyon deneyleycisi kaygan arazide yürüme, yüksek hızlı tırıs yürüyüşü, bozucu etki altında yürüme ve engebeli arazide yürüme gibi karmaşık kör hareket görevlerinin üstesinden gelmek için momentuma duyarlı sağlam davranış sağlar. Bacaklı hareket denetleyicisini oluşturmak için merkezsel momentum kavramını kullanıyoruz. Bu noktaya ulaşmak için, Merkezsel Momentum Gözlemcisi (CMO) ile Uzamsal Kuvvet Denetleyecisi'nden (SFC) oluşan CMO tabanlı denetleyiciyi önerdik. Bu denetleyici, nominal bir kuvvet-moment vektörü altında çalışmasını sağlayarak ve bozucu kuvvet-moment vektörünü tahmin ederek robotun yürümesini iyileştirir. Ek olarak, CMO'yu uygulamak için yardımcı değişken tabanlı gözlemci tasarım yaklaşımını kullanan yöntemi tanıttık. Ayrıca, CMO tabanlı denetleyicisinden elde edilen kuvvet-moment vektörünü, hesaplanan tork denetleyecisinde kullanılan yer tepki kuvveti referansları olarak haritalamak için Sanal Model Denetleyecisi (VMC) uygulanmıştır. Önerilen yörünge oluşturma yaklaşımı ve hareket denetleyicisi, dört ayaklı robot Kara'nın gerçekçi bir modelini kullandığımız bir dizi simülasyon deneyi aracılığıyla test edilmiş ve geleneksel yaklaşımlarla karşılaştırılmıştır. Ayrıca, önerilen lokomosyon denetleyecisini test etmek için gerçek bir dört ayaklı robot üzerinde bir ön deney gerçekleştirilmiştir.
Özet (Çeviri)
This thesis presented a novel locomotion framework for quadruped robots to maintain dynamically balanced locomotion behavior. The proposed framework consists of two parts: trajectory generation and locomotion controller. Firstly, the trajectory generation provides a vertical center of mass (CoM) trajectory generation based on preview control to accomplish agile locomotion tasks such as jumping and jogging. Conventionally, preview control is implemented for walking planning with constant CoM height since this condition renders the pendulum equation linear. We show that the exact implementation can be done for varying CoM heights while the pendulum frequency is constant. To this end, we compactly derived the infinite horizon and finite horizon time-invariant linear quadratic regulator solutions for potential real-time applicability. Secondly, the proposed locomotion controller provides momentum-aware robust behavior to overcome complicated blind locomotion tasks such as walking on slippery terrain, high-speed trot walking, walking under perturbation, and rough terrain walking. To generate the locomotion controller, we utilize the centroidal momentum concept. To reach this point, we proposed the Centroidal Momentum Observer (CMO)-based controller, which consists of Spatial Force Control with CMO. This controller maintains the robot's operation by working under a nominal wrench and estimating the disturbance wrench. Additionally, We introduced the procedure using the auxiliary variable-based observer design approach to implement CMO. Moreover, the Virtual Model Control (VMC) was implemented to map the wrench obtained from the CMO-based controller as contact force references, which were utilized in computed torque control. The proposed trajectory generation approach and the locomotion controller were tested and compared with conventional approaches via a set of simulation experiments, where we used a realistic model of the quadruped robot Kara. In addition, the preliminary experiment was conducted on the real quadruped robot to test the proposed locomotion controller.
Benzer Tezler
- Ulusal peyzaj mimarlığı ortamında kuram ve pratik ilişkisine yorumlayıcı bir bakış
An interpretive view of the relationship between theory and practice in the national landscape architecture environment
ÇİSEM DEMİREL KOYUN
Doktora
Türkçe
2025
Peyzaj Mimarlığıİstanbul Teknik ÜniversitesiPeyzaj Mimarlığı Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EBRU ERBAŞ GÜRLER
- Türk şirketlerinin yönetim kurulu ağlarının yapısal özellikleri
Structural characteristics of the board of directors of Turkish companies
BURCU KAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
MatematikMuğla Sıtkı Koçman ÜniversitesiMatematik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET ALİ BALCI
- Stem lider öğretmen mesleki gelişim programının öğretmenlerin ders planlama becerileri üzerindeki etkisinin incelenmesi
Examining the effect of stem leader teacher professionaldevelopment programme on teachers lesson planning skills
SİMGE TEKİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Eğitim ve ÖğretimBahçeşehir ÜniversitesiEğitim Bilimleri Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ DEFNE YABAŞ
- Veri madenciliği ve optimizasyon teknikleri kullanılarak bir depo tasarımı: perakende sektöründe uygulaması
Warehouse design using data mining and optimization techniques: an application in retailing sector
FURKAN YENER
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Endüstri ve Endüstri MühendisliğiSakarya ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HARUN REŞİT YAZĞAN
- Turizmin kentleşme ve çevre sorunlarına etkisi: Manavgat örneği
The effect of tourism on urbanization and environmental problems: The case of Manavgat
FATMA İLKNAZ ATMACA
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Kamu YönetimiAnkara Hacı Bayram Veli ÜniversitesiSiyaset Bilimi ve Kamu Yönetimi Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ İHSAN KELEŞ