Yuvarlanan Küresel Robot Modellenmesi Ve Kontrolü

Abstract

Bu tez küresel yuvarlanan robot modellenmesi, analizi ve kontrolü üzerine yapılan çalışmanın sonuçlarını sunmaktadır. Yuvarlanma mekanizması bir küresel kabuğun içine yerleştirilen 2 serbestlik dereceli bir sarkaç ile sağlanmaktadır ve bu sarkaç dönmek için enlenmesine ve boylamasına serbesttir. Kinematik model rotasyon matrisleri kullanılarak araştırıldı. Sistemin dinamik modeli Euler-Lagrange formülasyonuna dayanılarak elde edildi. Elde edilen hareket denklemleri nonholonomik ve yüksek dereceden lineer olmayan ifadeler olduğundan dolayı ayrıştırılmış dinamik yaklaşımı kullanılarak sistem 2 basit alt sisteme indirgenmiştir. Ayrıştırılmış dinamiğin kontrolü için gri öngörü tabanlı bulanık geri beslemeli lineerleştirme kontrolörleri tasarlanmıştır. Kontrol edilen mekanizmanın doğrusal ve eğrisel yörüngeler üzerinde yuvarlanması için önerilen ayrıştırılmış dinamik model ve geri beslemeli kontrolörler kullanılarak benzetimleri gerçekleştirilmiştir. Eğimli yüzey üzerinde yuvarlanma, engel geçme ve eğrisel yörünge üzerinde eğrilik yarıçapı tayini analizleri araştırılmıştır.

This thesis presents the results of a study on the dynamical modeling, analysis and control of a spherical rolling robot. The rolling mechanism consists of a 2-DOF pendulum located inside a spherical shell and free to rotate about transverse and longitudinal axis. The kinematics of the model has been investigated through the classical methods with rotation matrices. Dynamic modeling of the system is based on the Euler-Lagrange formalism. Nonholonomic and highly nonlinear equations of motion have then been decomposed into two simpler sub-systems through the decoupled dynamics approach. A feedback linearization loop with fuzzy controllers has been designed for grey prediction based control of the decoupled dynamics. Rolling of the controlled mechanism over linear and curvilinear trajectories has been simulated by using the proposed decoupled dynamical model and feedback controllers. Analysis of rolling over inclined surfaces, crossing obstacles and radius of curvature over curvilinear trajectories have also been investigated.