Eksik tahrikli iki bacaklı bir robotun tasarımı ve yürüyüş kontrolünün gerçekleştirilmesi
Design and gait control of an underactuated bipedal robot
Yazar: ERMAN SELİM
Danışman: PROF. DR. MUSA ALCI
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Bu tezde iki ayaklı yürüyen robotların dinamik yürüme algoritmaları üzerine çalışılmış ve tasarlanan mekanik model üzerinde deneysel çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Tez kapsamında dinamik yürümenin temel özelliklerini yansıttığı ve görece daha sade bir yapıya sahip olduğu için beş bağlı düzlemsel robot modeli temel alınmıştır.
Yürümenin doğası gereği ayağın yer ile temas ettiği her an yaşanan çarpışma sistem dinamiklerinde süreksizliğe yol açmaktadır. Bu durum dikkate alınarak matematiksel model hibrit sistem olarak elde edilmiştir. Matematiksel model ile uyumlu olacak şekilde robotun CAD çizimleri yapılarak fiziksel model üretilmiştir. Benzetim sonuçlarında görülen elektro-mekanik şartları sağlayacak eklem yapısı, tasarlanıp üretilmiş ve robot üzerinde test edilmiştir.
Belirli yürüme özelliklerini sağlayacak eklem yörüngeleri önerilen değişken zaman aralıklı eniyileme yöntemi ile belirlenmektedir. Sanal kısıtlar yöntemi yardımıyla yörüngelerin uygulanması sağlanmaktadır. Sanal kısıtlar yönteminin eksiklikleri ortaya konularak çözüm olarak faz kontrolü yöntemi geliştirilmiştir. Yürüme sonuçları hem benzetim ortamında, hem de fiziksel modelde elde edilmiştir. Yanı sıra farklı bir yaklaşımla biyolojik temellere dayalı olan ve yürüme parametrelerinin ayarlanabilir olmasına imkan tanıyan merkezi örüntü üretici ile de robotun yürümesi sağlanmıştır.
Her iki yöntemin avantaj ve dezavantajları göz önünde bulundurarak kararlı ve periyodik dinamik yürümeyi sağlayacak, aynı zamanda yörünge eniyileme yapmadan yürüyüş özelliklerini ayarlayabilecek faz kontrol olarak isimlendirdiğimiz yöntem önerilmiştir.

Abstract:
In this thesis, dynamic walking algorithms of bipedal walking robots have been studied and experimental tests have been carried out on the designed mechanical model. In the scope of the thesis, five-link planar robot model is used because it has a simple mechanical structure and can demonstrate the basic features of dynamic walking.
Due to the nature of walking, any collision that occurs when the foot comes in contact with the ground causes a discontinuity in system dynamics. Taking this situation into consideration, the mathematical model is obtained as a hybrid system. The experimental setup has been produced according to CAD drawings that are compatible with the mathematical model. 
The joint trajectories that will provide certain gait characteristics are determined by the proposed variable time interval optimization method. After that, trajectories are applied to the robot with the help of virtual constraints method. By revealing the weaknesses of the virtual constraints method, the phase control method has been developed as a solution. Walking results are obtained both in the simulation environment and experimental study. In addition, the robot is able to walk with the central pattern generators and allows the walking parameters to be adjusted.
Considering the advantages and disadvantages of both methods, we have proposed a method called phase control, which will provide stable and periodic dynamic walking and at the same time adjust gait characteristics without trajectory optimization.