İki ayaklı robotlarda jiroskopik dengeleme sistemi tasarımı ve deneysel araştırılması
Design and experimental research of gyroscopic balancing system in bipedal robots
Yazar: ERAY YILMAZLAR
Danışman: PROF. DR. HİLMİ KUŞÇU
Trakya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Hareketli robotlar = Mobile robots ; Jiroskop = Gyroscope ; Sıfır noktası enerjisi = Zero point energy

Özet:
Bu çalışmada 12 serbestlik derecesine sahip iki ayaklı robot tasarımı ve 3 serbestlik derecesine sahip jiroskopik tork üreten kontrol moment jiroskop mekanizması tasarımı gerçekleştirilmiştir. Donanımsal tasarımların oluşturulması ile iki ayaklı robotun ve jiroskop mekanizmasının kontrol algoritması belirlenmiştir. Robotun hareket yörüngesi oluşturulmuştur. Jiroskopik etkinin iki ayaklı robotun hareketi üzerindeki etkisini tespit etmek için deneyler yapılmıştır. Bu deneylerden ilk olarak jiroskopik tork büyüklüğüne göre iki ayaklı robotun yörüngesindeki salınım değişimi ölçülmüş ve robot tasarımı için ideal jiroskopik tork değeri belirlenmiştir. İkinci deneyde jiroskopik torkun 12 adet robot eklem motorları üzerindeki etkisi incelenmiştir. Jiroskopik tork büyüklüğünün farklı oranlarda uygulanması ile eklem motorlarının tork analizi yürüme fazlarına göre karşılaştırılmıştır. Diğer bir deneyde jiroskopik torkun robot dengesi üzerindeki etkisini belirlemek amacıyla iki ayaklı robota serbest düşme deneyleri ile bozucu darbeler uygulanmış ve robotun jiroskopik tork etkisi ile dengelenme davranışları ölçülmüştür. Bu deneylerin sonucunda, jiroskop mekanizmasının üretmiş olduğu tork ile iki ayaklı robotun hareket performansı karşılaştırmaları gerçekleştirilmiş ve iki ayaklı robot üzerinde jiroskopik tork mekanizmasının kullanımının avantaj ve dezavantajları belirlenmiştir.

Abstract:
In this study, the design of a two-legged robot with 12 degrees of freedom and a control moment gyroscope mechanism that produces gyroscopic torque with 3 degrees of freedom are carried out. With the creation of hardware designs, the control algorithm of the bipedal robot and the gyroscope mechanism has been determined. The motion trajectory of the robot has been created. Experiments were carried out to determine the effect of the gyroscopic effect on the movement of the bipedal robot. First of these experiments, the oscillation change in the trajectory of the bipedal robot according to the gyroscopic torque size was measured and the ideal gyroscopic torque value for the robot design was determined. In the second experiment, the effect of gyroscopic torque on 12 robot joint motors was investigated. With the application of gyroscopic torque magnitude at different rates, the torque analysis of the joint motors was compared according to the walking phases. In another experiment, in order to determine the effect of the gyroscopic effect on the robot balance, free fall experiments and disruptive impacts were applied to the bipedal robot and the balancing behaviour of the robot with the gyroscopic torque effect was measured. As a result of these experiments, the torque produced by the gyroscope mechanism and the motion and performance of the bipedal robot were compared and the advantages and disadvantages of using the gyroscopic torque mechanism on the bipedal robot were determined.