Altı bacaklı mobil bir robot için paralel çözümleme destekli denge ve yürüyüş kontrolü
Parallel programming supported balance and walk control for six legged mobile robot
Yazar: ERDEM ARSLAN
Danışman: PROF. DR. ŞAHİN YILDIRIM
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Mekatronik Mühendisliği = Mechatronics Engineering

Özet:
Bacaklı mobil robotlar sağlamış oldukları yüksek hareket kabiliyetinden dolayı
uygulamalı robotik alanında birçok yerde kullanılabilmektedir. Dengeli bir duruşun
sağlanması ve daha az enerji harcayacak bir yürüyüş düzeninin belirlenmesi için kontrol
işleminde performansın önemi büyüktür. Yüksek performanslı bir kontrolörün
geliştirilmesi için sistemin tüm özelliklerini barındıran doğru bir dinamik modele
ihtiyaç duyulmaktadır. Ancak bacaklı mobil robotlar gibi karmaşık sistemlerde dinamik
modelin elde edilebilmesi için bazı kabuller yapılmalıdır. Bu durum kontrolör
performansını önemli ölçüde düşürmektedir. Yürüyen robotlar gibi çok uzuvlu karmaşık
sistemler, her hangi bir kabul yapmaksızın fizik simülatörleri (ODE, BULLET, NVDIA
PhysX) kullanılarak kolay bir şekilde modellenebilmektedir.
Bu tez çalışmasında, model esaslı bir kontrol için gerekli olan dinamik model,
ODE(Open Dynamics Engine) platformu üzerinde gerçek sistemi tam olarak
yansıtabilecek bir şekilde tasarlanmıştır. Katmanlı bir kontrol mimarisinin tercih
edildiği bu çalışmada ilk olarak altı bacaklı bir mobil robota ait mafsal kontrolörleri
geliştirilmiştir. Ardından geliştirilen bu mafsal kontrolörleri kullanılarak dışarıdan gelen
bozucu eğim etkilerine göre robotun kendisini otomatik olarak dengeleyeceği bir denge
kontrol katmanı oluşturulmuştur. Bu katmana ek olarak standart yürüyüş düzenlerinin
(Tripod- Quadruped- Tetrapod) robota uygulanmasını sağlayan bir yürüyüş kontrolörü
sisteme eklenmiştir. Daha sonra iki eksende eğimi değiştirilebilir hareketli bir deney
platformu üzerinde bu yürüyüş kontrolörünün sağlamış olduğu performans artışı
incelenmiştir. Son olarak yürüyüş performansının daha da iyileştirilebilmesi için paralel
çözümleme desteğine sahip bir yürüyüş simülatörü geliştirilmiş ve bu simülatör
kullanılarak kontrolörlere ait parametrelerin ayarlanması (tuning) işlemi yapılmıştır.

Anahtar Kelimeler: Bacaklı robot; Denge kontrolü; Yürüyüş kontrolü; Paralel
programlama; Simülatör

Abstract:
Legged mobile robots can be used in many areas of applied robotics due to their high
mobility. In the control process, the performance is significant to provide a balanced
posture and to determine the less energy consuming gait. In order to develop a highperformance
controller, a full dynamic model is needed that contains all the features of
the system. Nevertheless, some assumptions must be made to obtain a dynamic model
in complex systems such as legged mobile robots. This situation reduces controller
performance significantly. Complex systems, such as walking robots, can be easily
modeled using physics simulators (ODE, BULLET, NVDIA PhysX) without making
any mathematical simplification.
In this thesis study, the dynamic model required for model-based control is designed on
the ODE (Open Dynamics Engine) platform to represent the exact system. In this
control process, where a layered architecture is preferred, the joint controllers of sixlegged
mobile robot were developed firstly. Then, by using these developed joint
controllers, a balance control layer was created in which the robot would automatically
compensate according to the external disturbance slope effects. In addition to this layer,
a gait controller has been added to the system, which allows applicate the standard
walking gaits (Tripod-Quadruped-Tetrapod) to robot. Afterwards, the performance
increase achieved by this walk controller was investigated, a two-axis steerable test
platform. Finally, in order to improve the walking performance, a walking simulator
with parallel programming support was developed and the parameters of the controllers
were tuned by using this simulator.

Keywords: Legged robot; Balance Control; Walking Control; Parallel Programming,
Simulator