İki ayaklı robotların modellenmesi ve uyarlamalı kontrolü
Modeling and adaptive control of bipedal robots
Yazar: HAMID MOHAMMADI
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖMÜR CAN ÖZGÜNEY ; DR. ÖĞR. ÜYESİ NURAY KORKMAZ CAN
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu tez çalışması, 5 serbestlik derecesine sahip iki ayaklı bir robot için uyarlamalı kontrol 
sisteminin tasarımı ve performans analizine odaklanmaktadır. İki ayaklı robotların dengesini 
koruması ve yürüyüş hareketlerinin istikrarını sağlaması, robotik kontrol alanında çözülmesi 
gereken temel sorunlardandır. Bu amaç doğrultusunda, robotun eklem açılarının yüksek 
hassasiyetle kontrol edilmesini sağlayacak bir uyarlamalı kontrol stratejisi geliştirilmiştir. 
Robotun dinamik parametrelerindeki belirsizlikler, çevresel faktörlerdeki değişikliklerle 
birlikte, sistem performansını olumsuz etkileyebileceğinden, önerilen uyarlamalı kontrol 
stratejisi, bu tür belirsizliklere karşı sistemin esneklik ve adaptasyon yeteneğini artırmaktadır.
Uyarlamalı kontrol sistemi, robotun dinamik parametrelerindeki değişimleri sürekli 
olarak algılayarak, bu parametrelerdeki değişikliklere hızlı bir şekilde yanıt verir ve sistemin 
performansını stabil tutar. Gerçek zamanlı olarak yapılan bu güncellemeler sayesinde, robotun 
izleme hatası minimum seviyede tutulurken, robotun kararlılığı da korunmaktadır. Simulink 
ortamında gerçekleştirilen simülasyonlarda, uyarlamalı kontrol stratejisi kayma modu 
kontrolöre kıyasla daha düşük izleme hatası, daha yüksek stabilite ve daha iyi uyum yeteneği 
sergilemiştir. Özellikle, değişken çevre koşullarında robotun hassasiyetini ve doğruluk 
kapasitesini artırarak stabilite sağlamıştır. Bu durum, uyarlamalı kontrol stratejisinin, iki ayaklı 
robotlar gibi karmaşık dinamik sistemlerde kontrolü iyileştirmek için etkili bir yöntem 
olduğunu ortaya koymaktadır.
Bu çalışmada geliştirilen kontrol sistemi, robotun stabilitesini koruma ve doğrultu takip 
performansını güvence altına alma amacıyla, Lyapunov kararlılık kriterlerine dayalı olarak 
oluşturulmuştur. Elde edilen sonuçlar, uyarlamalı kontrolün, iki ayaklı robotların karmaşık ve 
xiv
değişken çevrelerde başarılı bir şekilde çalışabilmesi için kritik bir çözüm sunduğunu 
göstermektedir. Bu çalışma, özellikle zorlayıcı koşullarda robotların performansını artıracak 
uyarlamalı kontrol yöntemlerinin geliştirilmesi için değerli bir temel oluşturmakta ve robotik 
uygulamaların ileri düzey uygulamalarda güvenilirliğini artırmaktadır.

Abstract:
This thesis focuses on the design and performance analysis of an adaptive control 
system for a bipedal robot with 5 degrees of freedom. Maintaining the balance and stability of 
walking motions in bipedal robots is one of the primary challenges in robotic control. To 
address this, an adaptive control strategy has been developed to ensure precise control of the 
robot's joint angles. The uncertainties in the robot's dynamic parameters, combined with 
changes in environmental factors, can negatively impact system performance. Therefore, the 
proposed adaptive control strategy enhances the system's flexibility and adaptability to 
counteract these uncertainties.
The adaptive control system continuously detects changes in the robot's dynamic 
parameters and quickly responds to these fluctuations to maintain system stability. Thanks to 
these real-time updates, tracking errors are minimized, and the robot's stability is preserved. 
In simulations conducted in the Simulink environment, the adaptive control strategy exhibited 
lower tracking error, greater stability, and improved adaptability compared to the sliding 
mode control. In particular, it enhanced stability by increasing the robot's sensitivity and 
accuracy under changing environmental conditions. This demonstrates that the adaptive 
control strategy is an effective method to improve control for complex dynamic systems like 
bipedal robots.
The control system developed in this study is based on Lyapunov stability criteria to 
ensure the stability of the robot and the accuracy of trajectory tracking. The results show that 
adaptive control offers a critical solution for bipedal robots to operate successfully in complex 
and variable environments. This study provides a valuable foundation for developing adaptive 
xvi
control methods that can improve the performance of robots in challenging conditions, 
enhancing the reliability of robotic applications in advanced tasks.