İki-ayak Robot Modellemesi Denetleyici Tasarımı Ve Dinamik Benzetimi

Abstract

Burada oluşturulan mekanik model çubuk adam formundadır, bilek, diz ve kalçada birer serbestlik derecesi olmak üzere toplam 6 serbestlik derecesi vardır. Visual Nastran altındaki robotun eklemleri, simulink ortamında tasarlanan denetleyiciler ve diğer bileşenler aracılığıyla sürülerek iki ayaklı robotun sert zemin üzerindeki yürüyüşü incelenmiştir. Üç kütle yaklaşımı ile tasarlanan denetleyicinin çalışma ilkesi şu şekilde özetlenebilir: Robot, ayaklardan sadece birinin yere bastığı Tek Destek Fazında (TDF) iken diğer ayağa adım atması için gerekli olan yörünge bilgisi girilir ve denetleyici SMN şartını sağlayacak şekilde gövdenin izlemesi gereken yörüngeyi hesaplar. Üç kütle yaklaşımı ile tasarlanan denetleyicinin ancak çok dar bir parametre aralığında ve düşük hızlarda iki ayaklı robotu yürütebildiği görülmüştür. Bu sorunu aşabilmek için ikinci bir denetleyici tasarlanmıştır. Bu denetleyici sadece iki ayağın birden yerle temas halinde olduğu Çift Destek Fazında (ÇDF) devreye girmektedir. Amacı tek ayak yerde iken oluşan salınımı sönümleyerek iki ayaklı robotun yeni bir adım atabileceği başlangıç şartlarına uygun duruma gelmesini sağlamaktır. Ardışık olarak devreye giren iki ayrı denetleyici yaklaşımı ile robot daha geniş bir parametre aralığında dengeli yürümeyi başarabilmiştir. Sonuç olarak bu çalışma kapsamında 3 noktasal kütle yaklaşımıyla iki ayaklı bir robot modeli oluşturulmuş ve sistemin yürüme kontrolü için özgün bir yöntem geliştirilmiştir. Yürüme davranışı dinamik benzetimlerle incelenmiş ve önerilen “model – kontrol yöntemi” ikilisi ile elde edilen sonuçlar gözlemlenmiştir.

The model created is a humanoid formed up with rods. Wrists, knees and hips have one degree of freedom, totalling six degrees of freedom. Joints which are controlled by Visual Nastran® were driven by controllers which were modelled in Matlab-Simulink® to observe the behaviour of the robot on solid ground. The working principle of the robot which was modelled with three point mass method can be summarized as follows: While robots step one foot in Single Support Phase, necessary calculations for the other foot are computed and controller makes appropriate calculations for the body to follow proper route according to ZMP method. It is seen that a robot which follows three point mass methods can only walk bipedal within a small margin of parameters and in low speeds. A second controller was designed to overcome this deficiency. This second controller works while both feet are on ground in Double Support Phase. Purpose of the second controller is to absorb oscillations occurred during Single Support Phase in order to provide stable conditions. It is seen that by the help of two controllers working successively provided a wider margin of parameters for the robot to walk. In conclusion, a model for a bipedal robot by using three point mass methods is suggested in the thesis and a new method for walking control is developed. Walking behaviour is analyzed by dynamic simulations and results are examined with the suggested model – control method.