ANALYSIS AND CONTROL OF BODY ATTACHED UNDERACTUATED SPRING MASS RUNNER MORPHOLOGIES
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2022
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: İZEL SEVER GÖKMEN
Eş Danışman: Uluç Saranlı
Danışman: Mustafa Mert Ankaralı
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Yaylı Ters Sarkaç (SLIP) şablonu ve uzantıları, biyoloji ve robotikte bacaklı sistemlerin hareketini analiz etmek için uzun süredir kullanılmakta olan referans modellerdir. Temelde SLIP modeli kayıpsız, ideal bir yay aracılığıyla duruş aşamasında zemine bağlı olarak düşünülen noktasal bir kütleden oluşur. Literatürde birçok araştırmacı, gerçekçi sistemlerde kaçınılmaz olan kritik fiziksel olayları ele almak için bu modele, sönümleme ve tork ile harekete geçirme gibi eklemeler yapmıştır. SLIP şablonunda eksik olan bir diğer önemli kavram, üst gövdenin kapalı döngü sistem dinamikleri üzerindeki etkisidir. SLIP şablonu kütle merkezi davranışını etkin bir şekilde yakalayabilmesine rağmen, tam vücut stabilizasyonunu ve kontrolünü açıklamak için bir yapı sağlayamaz. Bu tezin ilk bölümünde, vücuda bağlı yaylı kütle koşucuları için Merkezi Pivot Noktası (CPP) adı verilen yeni bir kontrol politikası sunuyoruz. Duruş aşamasında, CPP zemin reaksiyon kuvvetlerini kütle merkezinden geçecek şekilde yönlendirir ve bu kuvvetlerin vücutta yarattığı torku iptal eder. Böylelikle, CPP modeli hem vücudun dönüş hem de öklid dinamiği için farklı kontrolcüler geliştirmeyi mümkün kılar. Bunlara ek olarak, CPP modelinin periyodik çözümlerinin özelliklerini ve kararlılığını analiz ediyoruz. Ardından, sistemin periyodik çözümlerini stabilize etmek adına, adım dinamiği için bir PD denetleyicisi ve yürüyüş seviyesinde apeksten apekse olan ayrık dinamikler için de bir LQR (Linear Quadratic Regulator) geliştiriyoruz. Daha sonra önerilen kontrol şemasının çekim yöresini hesaplıyoruz ve modelin bozulmalar altında nasıl davrandığını gösteriyoruz. Model dinamiklerinin matematiksel formunun kompakt olmasına rağmen, dinamiklerin doğrusal olmayan doğası nedeniyle dinamiklere niteleyici bir analitik ifade bulunamamaktadır. Tezin ikinci bölümünde, modelin duruş dinamiklerine sönümsüz ve simetrik olmayan yörüngeleri de kapsayacak şekilde bir analitik yaklaşım sunuyoruz. Yaklaşımımız radyal dinamikleri doğrusallaştırmak için basit bir şablon yerleştiren ve TSLIP'in analitik çözümü zor olan vücut dinamiklerinin üstesinden gelmek için açısal dinamikleri yaklaşıklayan radyal aktivasyona ve kısmi geri besleme ile doğrusallaştırma methoduna dayanır. Bir sonraki adımda, analitik yaklaşımımızın tahmin performansını farklı yerçekimi düzeltme yöntemlerini kullanarak simetrik olmayan yörüngeleri de kapsayan geniş bir yörünge kümesi için elde ediyoruz. Son olarak, genişletilmiş modeli periyodik çözümlerin özellikleri ve kararlılığı açısından analiz ediyoruz. Elde ettiğimiz sonuçlar, önerilen modellerin ve ilgili kontrol politikasının, analitik yaklaşım çözümüyle birlikte insansı robotik sistemlerin tasarlanması ve kontrol edilmesinde faydalı olabileceğini göstermektedir.