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: Bacaklı robotlar, Gövde kontrolü, Legged robots, Trunk control
- 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: Belirtilmemiş.
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
- Çok parçalı sistemlerin analizine bir örnek: azdırma malafa sisteminin deformasyon analizi
An Example to the analysis of multi-part systems: defermation analysis of an arbor mechanism in a hobbing machine
ERKAN GÜRSEL
- Hidrofoillerde derinlik ve kat-kat etkisinin incelenmesi
An Investigation of depth and cascade effect on hydrofoils
AYDIN ŞALCI
- Isı borusu prensibinin güneşli su ısıtıcılarına ve damıtmaya uygulanması
Başlık çevirisi yok
ALİ YÜCEL UYAREL
- Sürekli yanma odalarında alev cephesinin dinamik yapısına ait bir çalışma
A Study on the dynamic structure of flame front in continuous combustion chambers
ALİ SÜRMEN
