Design, modeling, and characterization of modular robots with magnetic connection mechanisms and single-actuator modular miniature robots
Manyetik bağlantı mekanizmalarına sahip modüler robotların ve tek aktüatörlü modüler minyatür robotların tasarımı, modellenmesi ve karakterizasyonu
- Tez No: 982433
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ONUR ÖZCAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez, pasif mekanizmalar ve minimum tahrik kullanarak yeniden yapılandırılabilir, minyatür modüler (RMM) robotların tasarımını ileri noktaya taşıyan iki tamamlayıcı robotik platform sunmaktadır. Bu platformlar, gelişmiş uyarlanabilirlik, hareket kabiliyeti ve basitlik sağlamak için tasarlanmıştır. İlk platform olan ReLMBot, güç gerektirmeyen kenetlenme ve ayrılma için sırasıyla kare ve silindirik Neodimyum mıknatıslar kullanan sert ve esnek manyetik omurgalar kullanmaktadır. Her bir avuç içi boyutundaki modül, yumuşak c şeklinde bacaklar ve kablosuz kontrolü entegre ederek çok yönlü yeniden yapılandırma, 37 mm'ye kadar (kendi yüksekliğinin iki katından fazla) engel tırmanma ve çeşitli arazilerde güvenilir çalışma sağlar. Manyetik dipol modellemesini içeren fizik tabanlı MuJoCo simülasyonu geliştirilmiş ve deneysel olarak doğrulanmış olup, bu simülasyon farklı konfigürasyonlarda tırmanma ve kenetlenme performansını yakalamaktadır. İkinci platform, anizotropik yumuşak PDMS omurgalarla birbirine bağlanmış çok sayıda sert modülden oluşan tek aktüatörlü modüler bir robottur. Tek bir dengesiz kütleden gelen titreşim, omurga uyumu ve geometrik düzenleme yoluyla üç farklı hareket modunu (ileri, yan ve dönme) harekete geçirir. Robot modeli, simülasyonda deneysel verilere göre kalibre edilmiş ve manevra stratejilerini optimize etmek için pekiştirmeli öğrenme uygulanmıştır, bu da minimum aktüasyonla navigasyon görevlerinin gerçekleştirilmesini sağlamaktadır.
Özet (Çeviri)
This thesis presents two complementary robotic platforms that advance the design of reconfigurable, miniature modular (RMM) robots by leveraging passive mechanisms and minimal actuation for enhanced adaptability, mobility, and simplicity. The first platform, ReLMBot, employs rigid and compliant magnetic backbones---using square and cylindrical Neodymium magnets, respectively---for power-free docking and undocking. Each palm-sized module integrates soft c-shaped legs and wireless control, enabling versatile reconfiguration, obstacle climbing up to $37\ \mathrm{mm}$ (over twice its own height), and reliable operation across varied terrains. A physics-based MuJoCo simulation incorporating magnetic dipole modeling is developed and experimentally validated, capturing climbing and docking performance under different configurations. The second platform is a single-actuator modular robot composed of multiple rigid modules linked by anisotropic soft PDMS backbones. Vibration from a single unbalanced mass drives three distinct locomotion modes---forward, lateral, and rotational---through backbone compliance and geometric arrangement. A modified pseudo-rigid body model is calibrated to experimental data, and reinforcement learning is applied to optimize maneuvering strategies, enabling navigation tasks despite minimal actuation. Collectively, the two systems demonstrate how structural compliance, passive connections, and low actuator count can yield scalable, energy-efficient, and reconfigurable miniature robots suitable for applications in exploration, search and rescue, and monitoring in constrained or unstructured environments.
Benzer Tezler
- A single actuator modular miniature robot capable of maneuverable multi-legged locomotion through anisotropically arranged soft backbones
Anizotropik olarak yerleştirilmiş yumuşak omurgalar sayesinde manevra kabiliyeti yüksek çok ayaklı hareket yapabilen tek aktuatörlü modüler minyatür robot
BURAK ARSLAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Makine Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ONUR ÖZCAN
- Hava kirliliği konusunda çevre bilgi sistemi tasarımı ve gerçekleştirilmesi pilot projesi
Design of an information system about air pollution
HARUN İYİDİKER
- Yapısal titreşimlerin azaltılmasına yönelik yarı-aktif piston mekanizmalı ayarlı sıvı sütun sönümleyicinin geliştirilmesi ve deprem performansının incelenmesi
Development of a semi-active piston tuned liquid column damper for structural vibration mitigation and investigation of seismic performance
MUHAMMET BURHAN NAVDAR
Doktora
Türkçe
2026
İnşaat MühendisliğiSakarya Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERKAN ÇELEBİ
- MEMS sensor platform for vital monitoring under mri and intraocular pressure measurement
Yaşamsal işaretlerin ve göz içi basıncın ölçülmesine yönelik MEMS basınç ölçer platformunun geliştirilmesi
PARVIZ ZOLFAGHARI
Doktora
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ONUR FERHANOĞLU
- Uydu bazlı jeodezik ve jeodinamik veri analiz ve yönetim sistemi tasarımı ve uygulaması
Design and implementation of a satellite-based geodetic and geodynamic data analysis and management system
DENİZ BAŞAR
Doktora
Türkçe
2026
Jeodezi ve Fotogrametriİstanbul Teknik ÜniversitesiGeomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RAHMİ NURHAN ÇELİK