Dinamik dört bacaklı yürüyüşlerin şablon tabanlı ve optimal kontrolü

---

Tezin Türü: Yüksek Lisans

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Elektrik Ve Elektronik Mühendisliği Bölümü, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2025

Tezin Dili: İngilizce

Öğrenci: MUSTAFA AKBABA

Danışman: Ali Emre Turgut, Mustafa Mert Ankaralı

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

Özet:

Bu çalışma, trotting, pronking ve iniş davranışlarını kapsayan dinamik dört ayaklı lokomosyon için birleşik ve şablon tabanlı bir kontrol çerçevesi sunar. İlk olarak, saat torklu yaylı ters sarkaç (CT-SLIP) şablonu 3D'ye genişletilmiştir. Tek bir şablonla yürüme trot, normal trot ve uçuşlu (koşu) trot gerçekleştirilebilmektedir. Kontrolcü, uçuş fazları için parabolik hareket modeli ve daha iyi dönüş kararlılığı için salınım ayağını döndüren yaw kontrolü içermektedir. Şablon kuvvetlerini tam robota aktarmak için bütüncül vücut kontrolcüsü (WBC) entegre edilmiştir. Yöntem MuJoCo simülasyonunda kapsamlıca test edilmiş ve Unitree GO1 robotunda doğrulanmıştır; akıcı gait geçişleri, güçlü bozucu reddi ve gerçek dünya performansı sergilemiştir. İkinci olarak, aynı şablon dinamiklerini öngörücü kontrolle birleştiren sağlam bir pronking kontrolcüsü geliştirilmiştir. Zamana bağlı doğrusal MPC, şablonun ürettiği referans yörüngeleri takip ederken, doğrusal olmayan MPC (NMPC) analitik şablon çözümleriyle adım planlaması yapar. Yöntem simülasyon ve gerçek donanımda uygulanmış, yakınsama analizi ve bozucu testleriyle değerlendirilmiştir. Farklı başlangıç koşullarından kararlı ve uyarlanabilir pronking elde edilmiştir. Son olarak, düz zeminde güvenli iniş için optimizasyon tabanlı ayak yerleştirme stratejisi önerilmiştir. Yere basma fazı yay-sönümleyici şablonla modellenmiş, temas anında şablon momentleriyle gerçek yer tepki momentleri arasındaki hatayı en aza indiren ve sürtünme kısıtlarını dikkate alan bir NMPC kullanılmıştır. Simülasyon ve deneyler, 5 m/s'ye kadar yatay hızlarda başarılı iniş ve önceki yöntemlere üstün kararlılık göstermiştir. Sonuç olarak, basit şablon modelleriyle modern öngörücü kontrolün birleşimi, çok çeşitli gait ve görevlerde sağlam, esnek ve yüksek performanslı dört ayaklı hareket sağlamaktadır.