Adaptif Kontrol Yöntemiyle Bacaklı Robotlarda Yüksek Performanslı Koşma Davranışı Geliştirilmesi

MORGÜL, Ömer; SARANLI, Uluç

Adaptif Kontrol Yöntemiyle Bacaklı Robotlarda Yüksek Performanslı Koşma Davranışı Geliştirilmesi

Yürütücü

Ömer MORGÜL (Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Bilgisayar Mühendisliği Bölümü, Ankara, Türkiye)

Araştırmacı(lar)

Uluç SARANLI (Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Bilgisayar Mühendisliği Bölümü, Ankara, Türkiye)

0 1

Proje Grubu: EEEAG Sayfa Sayısı: 37 Proje No: 215E050 Proje Bitiş Tarihi: 01.03.2017 Metin Dili: Türkçe İndeks Tarihi: 10-03-2020

Adaptif Kontrol Yöntemiyle Bacaklı Robotlarda Yüksek Performanslı Koşma Davranışı Geliştirilmesi

Öz:

Model tabanlı ve dinamik kararlılıga ihtiyaç duyan bacaklı yürüme ve kosma davranıslarının fiziksel robotlarda gerçeklenmesi statik kararlılık özelligine sahip davranıslara göre oldukça zordur. Bu zorlugun temel nedenlerinden birisi ilgili dinamiklerin sistem parametrelerine hassas bagımlılık göstermesidir. Bu parametrelerin hassas bir sekilde ölçülememesi ve malzeme yorulması veya asırı kullanım nedeniyle zamanla degisim göstermesi de problemi daha da kötü bir hale getirmektedir. Bu çalısmanın temel amacı tek bacaklı zıplayan bir robot platformu için çevrimiçi parametre kestirimi yaparak model-tabanlı yüksek performanslı kosu davranısını destekleyen bir adaptif kontrolcü yapısı ortaya koymaktır. Aslında daha önceki çalısmalarımızda benzetim ortamlarında basit Yaylı Ters Sarkaç (YTS) modeli için çevrimiçi parametre kestirimi yaparak kalıcı hal takip hatalarını gideren bir adaptif kontrolcü gelistirilmistir. Bu noktada amacımız öncelikle bu adaptif kontrolcü yapısının Tork-Tahrikli ve Kayıplı Yaylı Ters Sarkaç (TTK-YTS) modeline uyarlanmasını saglamak ve ardından gelistirilen adaptif kontrolcü yapısının test edilebilecegi tek bacaklı zıplayan robot platformunu ortaya koymaktır. Bu amaçla öncelikle daha önce laboratuvarımızda gelistirmis oldugumuz tek bacaklı zıplayan robot platformu üzerinde yüksek performanslı kosma davranısını destekleyecek mekanik ve elektronik revizyonlar yapılmıstır. Daha sonra öncelikle TTK-YTS modeli için gelistirilen bir yakınsamalı analitik çözümün gerçek robot verileri üzerinde dogrulaması yapılmıstır. Bu amaçla robotun tek adımlık testleri üzerinden veri toplanmıs, ardından bu matematiksel model için parametrik sistem tanılaması yapılarak robot parametrelerinin kestirimi saglanmıstır. Bu modelin robot gezingelerini ne kadar iyi tahmin ettigi fiziksel testler aracılıgıyla detaylıca gösterilmistir. Projenin son asamasında, fiziksel olarak dogrulanmıs yakınsamalı analitik çözüm kullanılarak robotun istenen hız ve yükseklikte kosmasını saglayacak model-tabanlı tam hedef kontrolcü yapısı gelistirilmistir. Bu kontrolcünün robot üzerindeki performansı farklı deneylerle incelenmis ve bu sekilde robotun basarılı bir biçimde kosması saglanmıstır. Böylece projemizde bir sonraki safhaya geçebilmek amacıyla robotumuz revize edilmis ve daha önce benzetim ortamlarında dogrulaması yapılmıs birçok çalısmamız deneysel olarak da dogrulanmısır. Projenin bitimini takiben adaptif kontrolcü yapılarının robot üzerinde detaylı incelenmesine baslanacaktır.

Anahtar Kelime: deneysel dogrulama model-tabanlı kontrol adaptif kontrol bacaklı hareketlilik

Konular: Bilgisayar Bilimleri, Yazılım Mühendisliği Bilgisayar Bilimleri, Donanım ve Mimari Bilgisayar Bilimleri, Yapay Zeka

Erişim Türü: Erişime Açık

[Ankaralı ve Saranlı, 2010] Ankaralı, M. M., ve Saranlı, U. (2010). Stride-to-stride energy regulation for robust self-stability of a torque-actuated dissipative spring-mass hopper. Chaos: An Interdisciplinary Journal of Nonlinear Science, 20(033121).
[Blickhan ve Full, 1993] Blickhan, R., ve Full, R. J. (1993). Similarity in multilegged locomotion: Bouncing like a monopode. Journal of Comparative Physiology A: Neuroethology, Sensory, Neural, and Behavioral Physiology, 173(5):509–517.
[Dadashzahed vd., 2014] Dadashzahed, B., Vejdani, H.R. ve Hurtz, J. (2014) From template to anchor: A novel control strategy for spring-mass running of bipedal robots. International Conference on Intelligent Robots and Systems, 2566-2571.
[Feng vd., 2015] Feng, S., Xinjilefu, X., Atkeson, C.G., ve Kim, J. (2015) Optimization based controller design and implementation for the atlas robot in the darpa robotics challenge finals. 2015 IEEE-RAS 15th International Conference on Humanoid Robots (Humanoids), 1028-1035.
[Farley ve Ferris, 1998] Farley, C.T., ve Ferris, D.P. (1998). Biomechanics of walking and running: Center of mass movements to muscle action. Exercise and Sport Science Reviews, 26:253-283
[Geyer vd., 2005] Geyer, H., Seyfarth, A., and Blickhan, R. (2005). Spring-mass running: simple approximate solution and application to gait stability. Journal of Theoretical Biology, 232(3):315–328.
[Hamzaçebi ve Morgül, 2017] Hamzeçebi, H., ve Morgül, Ö. (2017). On the periodic gait stability of a multiactuated spring-mass hopper model via partial feedback linearization. Nonlinear Dynamics, 1-20.
[Holmes, 1990] Holmes, P. (1990) Poincaré, celestial mechanics, dynamical-systems theory and ”chaos”. Physics Reports, 193(3):137-163.
[Hu vd., 2015] Hu, C.-J., Huang, C.-K., ve Lin, P.-C. (2015). A torque-actuated dissipative spring loaded inverted pendulum model with rolling contact and its use as the template for design and dynamic behavior generation on a hexapod robot. 2015 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), 5177-5183
[Lagarias vd., 1998] Lagarias, J.C., Reeds, J.A., Wright, M.H., ve Wright, P.E. (1998). Convergence properties of the Nelder–Mead simplex method in low dimensions. SIAM Journal on Optimization, 9(1):112-147
[Martin vd., 2017] Martin, W.C., Wu, A. ve Geyer, H. (2017). Experimental evaluation of deadbeat running on the atrias biped. IEEE Robotics and Automation Letters, 2(2):1085-1092
[Poulakakis ve Grizzle, 2009] Poulakakis, I., ve Grizzle, J.W. (2009). The spring loaded inverted pendulum as the hybrid zero dynamics of an asymmetric hopper. IEEE Transactions on Automatic Control, 54(8):1779-1793
[Raibert, 1986] Raibert, M. (1986). Legged robots that balance. MIT Press series in artificial intelligence. MIT Press, Boston.
[Raibert vd., 2008] Raibert, M., Blankespoor, K., Nelson, G. ve Playter, R. (2008). Bigdog, the rough-terrain quadruped robot. {IFAC} Proceedings Volumes, 41(2):10822-10825
[Saranlı vd., 2010] Saranlı, U., Arslan, Ö., Ankaralı, M. M., and Morgül, Ö. (2010). Approximate analytic solutions to non-symmetric stance trajectories of the passive spring-loaded inverted pendulum with damping. Nonlinear Dynamics, 62(4):729–742.
[Schwind ve Koditschek, 2000] Schwind, W. J., ve Koditschek, D. E. (2000). Approximating the stance map of a 2-dof monoped runner. Journal of Nonlinear Science, 10:533–568.
[Seipel ve Holmes, 2007] Seipel, J., ve Holmes, P. (2007). A simple model for clockactuated legged locomotion. Regular and Chaotic Dynamics, 12(5):502–520.
[Seok vd., 2013] Seok, S., Wang, A., Chuah, M.Y., Otten, D., Lang, J. ve Kim, S. (2013) Design principles for highly efficient quadrupeds and implementation on the MIT Cheetah robot. 2013 IEEE International Conference on Robotics and Automation, 3307-3312.
[Shahbazi vd, 2015] Shahbazi, M., Babuska, R., ve Lopez, G.A.D. (2015). Analytical approximation for the double-stance phase of a walking robot. 2015 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), 5754-5760.
[Shahbazi vd, 2016] Shahbazi, M., Babuska, R., ve Lopez, G.A.D. (2016). Unified modeling and control of walking and running on the spring-loaded inverted pendulum. IEEE Transactions on Robotics, 32(5):1178-1195.
[Shen ve Seipel, 2012] Shen, Z., ve Seipel, J. (2012). A fundamental mechanism of legged locomotion with hip torque and leg damping. Bioinspiration & Biomimetics, 7(4):046010
[Uyanık vd., 2015] Uyanık, İ., Morgül, Ö., and Saranlı, U. (2015). Experimental validation of a feed-forward predictor for the spring-loaded inverted pendulum template. IEEE Transactions on Robotics, 31(1):208–216.
[Uyanık vd., 2011] Uyanık, İ., Saranlı, U., and Morgül, Ö. (2011). Adaptive control of a spring-mass hopper. In Proc. of the IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, pages 2138 –2143.
[Yu vd., 2012] Yu, H., Li, M., Wang, P., ve Cai, H. (2012). Approximate perturbation stance map of the SLIP runner and application to locomotion control. Journal of Bionic Engineering, 9(4):411-422.

APA	MORGÜL Ö, SARANLI U (2017). Adaptif Kontrol Yöntemiyle Bacaklı Robotlarda Yüksek Performanslı Koşma Davranışı Geliştirilmesi. , 1 - 37.
Chicago	MORGÜL Ömer,SARANLI Uluç Adaptif Kontrol Yöntemiyle Bacaklı Robotlarda Yüksek Performanslı Koşma Davranışı Geliştirilmesi. (2017): 1 - 37.
MLA	MORGÜL Ömer,SARANLI Uluç Adaptif Kontrol Yöntemiyle Bacaklı Robotlarda Yüksek Performanslı Koşma Davranışı Geliştirilmesi. , 2017, ss.1 - 37.
AMA	MORGÜL Ö,SARANLI U Adaptif Kontrol Yöntemiyle Bacaklı Robotlarda Yüksek Performanslı Koşma Davranışı Geliştirilmesi. . 2017; 1 - 37.
Vancouver	MORGÜL Ö,SARANLI U Adaptif Kontrol Yöntemiyle Bacaklı Robotlarda Yüksek Performanslı Koşma Davranışı Geliştirilmesi. . 2017; 1 - 37.
IEEE	MORGÜL Ö,SARANLI U "Adaptif Kontrol Yöntemiyle Bacaklı Robotlarda Yüksek Performanslı Koşma Davranışı Geliştirilmesi." , ss.1 - 37, 2017.
ISNAD	MORGÜL, Ömer - SARANLI, Uluç. "Adaptif Kontrol Yöntemiyle Bacaklı Robotlarda Yüksek Performanslı Koşma Davranışı Geliştirilmesi". (2017), 1-37.

APA	MORGÜL Ö, SARANLI U (2017). Adaptif Kontrol Yöntemiyle Bacaklı Robotlarda Yüksek Performanslı Koşma Davranışı Geliştirilmesi. , 1 - 37.
Chicago	MORGÜL Ömer,SARANLI Uluç Adaptif Kontrol Yöntemiyle Bacaklı Robotlarda Yüksek Performanslı Koşma Davranışı Geliştirilmesi. (2017): 1 - 37.
MLA	MORGÜL Ömer,SARANLI Uluç Adaptif Kontrol Yöntemiyle Bacaklı Robotlarda Yüksek Performanslı Koşma Davranışı Geliştirilmesi. , 2017, ss.1 - 37.
AMA	MORGÜL Ö,SARANLI U Adaptif Kontrol Yöntemiyle Bacaklı Robotlarda Yüksek Performanslı Koşma Davranışı Geliştirilmesi. . 2017; 1 - 37.
Vancouver	MORGÜL Ö,SARANLI U Adaptif Kontrol Yöntemiyle Bacaklı Robotlarda Yüksek Performanslı Koşma Davranışı Geliştirilmesi. . 2017; 1 - 37.
IEEE	MORGÜL Ö,SARANLI U "Adaptif Kontrol Yöntemiyle Bacaklı Robotlarda Yüksek Performanslı Koşma Davranışı Geliştirilmesi." , ss.1 - 37, 2017.
ISNAD	MORGÜL, Ömer - SARANLI, Uluç. "Adaptif Kontrol Yöntemiyle Bacaklı Robotlarda Yüksek Performanslı Koşma Davranışı Geliştirilmesi". (2017), 1-37.