İki-ayak robot modellemesi denetleyici tasarımı ve dinamik benzetimi
Modeling control and simulation of biped walking
Yazar: SÜLEYMAN ALTINORAK
Danışman: Y.DOÇ.DR. ZEKİ YAĞIZ BAYRAKTAROĞLU
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Sistem Dinamiği ve Kontrol Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2006
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Robotik = Robotics

Özet:
Bu çalışmada oluşturulan mekanik model çubuk adam formundadır, bilek, diz vekalçada birer serbestlik derecesi olmak üzere toplam 6 serbestlik derecesi vardır. VisualNastran altındaki robotun eklemleri, simulink ortamında tasarlanan denetleyiciler vediğer bileşenler aracılığıyla sürülerek iki ayaklı robotun sert zemin üzerindeki yürüyüşüincelenmiştir. Üç kütle yaklaşımı ile tasarlanan denetleyicinin çalışma ilkesi şu şekildeözetlenebilir: Robot, ayaklardan sadece birinin yere bastığı Tek Destek Fazında (TDF)iken diğer ayağa adım atması için gerekli olan yörünge bilgisi girilir ve denetleyici SMNşartını sağlayacak şekilde gövdenin izlemesi gereken yörüngeyi hesaplar. Üç kütleyaklaşımı ile tasarlanan denetleyicinin ancak çok dar bir parametre aralığında ve düşükhızlarda iki ayaklı robotu yürütebildiği görülmüştür. Bu sorunu aşabilmek için ikincibir denetleyici tasarlanmıştır. Bu denetleyici sadece iki ayağın birden yerle temashalinde olduğu Çift Destek Fazında (ÇDF) devreye girmektedir. Amacı tek ayak yerdeiken oluşan salınımı sönümleyerek iki ayaklı robotun yeni bir adım atabileceği başlangıçşartlarına uygun duruma gelmesini sağlamaktır. Ardışık olarak devreye giren iki ayrıdenetleyici yaklaşımı ile robot daha geniş bir parametre aralığında dengeli yürümeyibaşarabilmiştir. Sonuç olarak bu çalışma kapsamında 3 noktasal kütle yaklaşımıyla ikiayaklı bir robot modeli oluşturulmuş ve sistemin yürüme kontrolü için özgün biryöntem geliştirilmiştir. Yürüme davranışı dinamik benzetimlerle incelenmiş ve önerilen?model ? kontrol yöntemi? ikilisi ile elde edilen sonuçlar gözlemlenmiştir.Anahtar Kelimeler: iki ayak robot, dengeleyici, Denetleyici, Kontrolör, YörüngePlanlama

Abstract:
In this study, The model created is a humanoid formed up with rods. Wrists, knees andhips have one degree of freedom, totaling six degrees of freedom. Joints which arecontrolled by Visual Nastran® were driven by controllers which were modeled inMatlab-Simulink® to observe the behavior of the robot on solid ground. The workingprinciple of the robot which was modeled with three point mass method can besummarized as follows: While robots step one foot in Single Support Phase, necessarycalculations for the other foot are computed and controller makes appropriatecalculations for the body to follow proper route according to ZMP method. It is seenthat a robot which follows three point mass methods can only walk bipedal within asmall margin of parameters and in low speeds. A second controller was designed toovercome this deficiency. This second controller works while both feet are on ground inDouble Support Phase. Purpose of the second controller is to absorb oscillationsoccurred during Single Support Phase in order to provide stable conditions. It is seenthat by the help of two controllers working successively provided a wider margin ofparameters for the robot to walk. In conclusion, a model for a bipedal robot by usingthree point mass methods is suggested in the thesis and a new method for walkingcontrol is developed. Walking behavior is analyzed by dynamic simulations and resultsare examined with the suggested model ? control method.Keywords: Biped Robot, Controllers, Stable path planning