İki ayaklı robotların modellenmesi ve kontrolü
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, MEKATRONİK MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2016
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: KENAN MÜDERRİSOĞLU
Danışman: Aydın Yeşildirek
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:İnsansı robotlar ve dış iskelet sistemleri günümüzde popülerlik kazanmış bilimsel araştırma konularıdır. Tek bacaklı zıplayabilen robotlardan, iki ayaklı insansı ve çok bacaklı robotlara araştırma çalışmaları hızla devam etmektedir. Bu çalışmada iki ayaklı robotlar ele alınmıştır. Bu tezde iki bacaktan oluşan insansı bir robotun kinetik analizleri yapılarak insan yürüyüşüne yakın bir hareket sağlamak amacıyla değişik yürüme düzenleri incelenmiştir. İki ve üç boyutlu uzaylarda dinamik modeller elde edilmiştir. Önce on iki serbestlik dereceli bir robotun kinematik analizleri yapılmış ve yürüyüş düzeni gerçek insan verilerine dayanarak belirlenmiştir. Ayrıca iki alt uzuv ve bir gövdeden oluşan 7 serbestlik dereceli (7-SD) iki ayaklı bir robotun MATLAB/Simulink ortamında kurulması ve yürüme simülasyonu yapılmıştır. İki ayaklı robot hareketini tanımlamadan önce bacağın hareket kabiliyetinin gözlemlendiği kinematik analiz yapılmıştır. Ardından sisteme ait dinamik denklemler çıkarılmıştır. Sistemin hareketi için referans değerlere dayanan kontrole ihtiyaç duyulmuştur. Ayrıca iki ayaklı bir robot sistemi yüryüşü esnasında farklı durumlar ihtiva ettiğinden hareket farklı fazlara ayrılmıştır. Bunlar sistemdeki yerle temas noktası noktasal olduğundan iki ayak destekli faz ve tek ayak destekli fazdır. İlk sistem insan bacağının hareket kabiliyetine göre üç boyutlu olarak modellenmiş ve kinematik analizi yapılmıştır. Daha sonra sistem iki boyutlu olarak MATLAB/Simulink programı altında SimMechanics aracı ile görselleştirilmiştir. Gerçek insanın sagittal düzlemde yürüyüşü sırasında bacak eklemlerinin açı değişimleri literatürden alınarak iki boyutlu yürüyüş için kullanılmıştır. Fourier yöntemi kullanılarak, eğri oturtmak suretiyle periyodik gerçek açı değişimi ve bunun türevlerinin alınmasıyla alarak açısal hız ardından açısal ivme değerleri de yine periyodik sinyaller şeklinde elde edilmiştir. Bu değerlerin sisteme girilmesiyle döngüsel bacak hareketleri gözlemlenmiştir. Bu tezde kabul edilip ele alınan sınırlamalar doğrultusunda sistem, kaymadan sıfır eğimli düz bir yüzeyde iki boyutlu uzayda düzlemsel bir yürüyüş yapmaktadır. Buradaki yürüme düzeni tek ayak destekli ve iki ayak destekli faz olarak ayrılmıştır. Yürüyüş çevrimindeki fazlar ele alındığında farklı holonomik ve holonomik olmayan durumlar oluşmaktadır. Ağırlık merkezinin denge kontrolü için sıfır moment noktası hesaplaması kullanılmış ve gerekli tepki kuvvetleri hesaplanmıştır. İki boyutlu uzayda, saggital düzlemde hareket eden robotun holonomik olan ve olmayan kısıtları göz önünde tutularak 7 seebestlik dereceli olarak kurulan ikinci sistem Newton mekaniği ve d'Alembert prensibinden faydalanılarak hareket denklemleri çıkarılıp dinamik hareket ve kontrol sistemleri tanımlanmıştır. Sonuç olarak PD kontrol hesaplanmış tork (computed torque) uygulanarak düz bir zemin üzerinde yürüyüş başarıyla gerçekleştirilmiştir.