Antagonistik değişken empedanslı eyleyicilerin kapı kontrollü Hamiltonian tabanlı modellenmesi ve kontrolü
Modeling and control of antagonistic variable impedance actuators in port controlled Hamiltonian framework
Yazar: MEHMET KÜRŞAT YALÇIN
Danışman: PROF. DR. HAKAN TEMELTAŞ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control
Dizin: Kontrol mühendisliği = Control engineering ; Kontrol teorisi = Control theory ; Kontrol yöntemleri = Control methods

Özet:
Bu tezde yürüyen robotlarla ilgili temel problemlere, enerji verimliliği ve çok kipli hareket problemine çözüm olacak eklem tasarımı ve kontrol yöntemleri araştırılmıştır.Enerji verimliliği anlamımda pasif yürüyen robotlar şüphesiz ki en verimli olanlarıdır. Fakat genellikle eğik bir düzlem üzerinde yer çekimi potansiyel alanını kullanarak veya ilk enerjiyi insandan alarak yürüyebilmektedirler.Çok kipli hareket probleminde, yürüyen bir mekanizmanın aynı katı eyleyicilerle koşmaya başlaması ve zıplaması söz konusu ise eklemlerin izleyeceği yörüngelerin çok iyi tasarlanması ve eklemlerde çok hassas kuvvet/moment ölçerlerin bulunması gerekmektedir. Başka bir nokta ise çarpışma etkisini azaltmaya çalışan, yani sanal bir yay elemanı gibi davranan, eyleyici rakibi olan pasif ve gerçek yay gibi çarpışma enerjisini depolayamaz ve bunu aksine bu işlem için ekstradan enerji harcar. Bu da enerji verimliliği açısından iyi bir sonuç ortaya çıkarmaz.Öte yandan, katı eyleyiciler kullanmayıp sabit seri yaylı eyleyici kullanan robotlara da literatürde rastlanmaktadır. Bu tür robotlar çarpışma anındaki etkiyi çok iyi bir şekilde herhangi bir zaman gecikmesi olmaksızın ele alabilmektedirler. Bununla birlikte çok kipli hareket analizi yapıldığında, yani yürüme, koşma ve zıplama, bu robotların bu kiplerin tamamını gerçekleyemediği görülmektedir. Bunu sebebi ise kullanılan eyleyicilerdeki sabit yay sertliğinin, bir başka deyişle eyleyici empedansının sabit olmasıdır. Eğer robotların çok kipli hareket isteniyorsa, değişken empedanslı eyleyiciler kaçınılmazdır.Eklem sertliğinin değişken olması yani mekanik empedansın ayarlanabiliyor olması insan-robot ortak çalışma ortamlarında insan güvenliğini tehdit etmeyen robotların üretilebilmesi anlamı taşır.

Abstract:
Today, bipedal robots have not been released to market and have not been developed so much to live with them in home but robotic researchers believe 21st century is that century we will see the bipeds serving at home to human being.In this study, it is aimed to design novel joint design and control strategies to overcome the fundamental problems related to bipedal robots such as energy efficiency and multi modal locomotion.Energy efficiency point of view there is no doubt the passive walkers are most efficient machines among others. However, they get their energy to walk by utilizing the gravitational field, i.e. they have to be on an inclined surface to walk, or they wait one to push them to an initial velocity.When comes to multi modal bipedal locomotion, walking machines having stiff actuators can walk or jump under very strict conditions. Among them the joint trajectories of robot should be carefully and precisely generated and they have very sensitive force/torque sensors to detect ground impact. It uses extra energy to achieve this spring like emulation. Its counterpart, a real spring, not only handles the ground impact but also store the energy caused by that impact.On the other hand, to deal the problems said before, researchers use serial elastic components with fixed stiffness in their designs. Bu this designs can achieve one or two locomotion modes. In order to realize multi modal locomotion this stiffness or more generally impedance has to be dynamically tuned.