Yazar
Soliman, Ahmed Adel Ahmed Fahmy
Basım Tarihi
2024-08-30T14:32:00Z
Konu
Robotik, Robotlar, Kontrol sistemleri, Hareket, Matematiksel modeller, Dinamik, Kinematik, Makine mühendisliği
Tür
Belge
Dil
İngilizce
Dijital
Evet
Yazma
Hayır
Kütüphane
Özyeğin Üniversitesi
Kayıt Numarası
98ef2437-4240-413b-8edc-82463bf4f1d7
Lokasyon
Makine Mühendisliği Bölümü
Tarih
2024-08-30T14:32:00Z
Örnek Metin
Bu tez, az hareket ettirilmiş bacaklara sahip iki ayaklı bir dış iskelette üç boyutlu (3 boyutlu) dinamik yürüme yeteneklerinin geliştirilmesine yönelik bir yaklaşım sunmaktadır. Önerilen çerçeve, bir yörünge oluşturucusu ve yetersiz çalıştırmayı ele almak için tasarlanmış optimize edilmiş bir ters kinematik algoritmasından oluşur. Yetersiz çalıştırılan bacaklara rağmen uygulanabilir görev hızlarına ulaşmak için ters kinematik algoritması, sıfır uzayını kullanarak bir görev önceliklendirme yöntemini kullanır. Bu yaklaşım, sallanan ayak yönlendirmesi gibi düşük öncelikli görevlerin, Kütle Merkezi yörüngesi gibi yüksek öncelikli görevlere müdahale etmeden mümkün olan en büyük ölçüde gerçekleştirilmesine olanak tanır. Eş zamanlı olarak, yörünge oluşturucu analitik olarak sıfır moment noktası konseptini birleştirerek temas ve fazdaki değişikliklerden bağımsız olarak tüm yürüme periyodu boyunca sürekli ivmelenme sağlar. Ayrıca, önerilen görev önceliklendirme algoritmasını tamamlamak ve önemli parametre belirsizliğine ve dış etkenlere karşı sağlamlığını arttırmak için üç hareket kontrolörü geliştirildi. Bu kontrolörler, sıfır moment noktası empedansı geri besleme kontrolörünün yanı sıra diğer iki son teknolojiye sahip hareket kontrolörünü içerir: giriş kontrolü ve merkez momentum kontrolü. Amaç, bu denetleyicileri görev önceliklendirme algoritmasıyla entegre ederek sistemin zorlu koşullar ve belirsizliklerle başa çıkma yeteneğini topluca geliştirmektir. Kapsamlı kıyaslama için bu kontrolörlerin geçerliliğini ve sağlamlığını doğrulamak amacıyla 3 boyutlu bir simülatör kullanılarak bir dizi simülasyon deneyi yapıldı. 40 kg'lık az çalıştırılmış bir dış iskelet ve 12 farklı antropomorfik denek içeren bir insan-robot çiftli modeli dikkate alınmıştır. Önerilen görev önceliğine dayalı optimizasyon algoritmasıyla birleştirildiğinde, üç denetleyicinin tümü dengeli hareket davranışını ele almada yeterli performans sergiliyor. Önerilen sıfır moment noktası empedans kontrolörü istatistiksel olarak anlamlı sonuçlar göstererek nispeten daha sağlam bir özelliğe işaret etmektedir. Önerilen hareket kontrolörü yaklaşımları model bazlı kontrolörler olduğundan, hareket kontrolörünün atalet parametre değişimlerine karşı uyarlanabilirliğini geliştirmek için gerçek zamanlı uygulanabilir bir atalet parametre tanımlama algoritması geliştirme isteği vardır. Tanımlanan atalet parametrelerinin tam fiziksel tutarlılığını garanti ederken, tanımlama algoritmasını yinelemeli olarak gerçekleştirmek için yarı kesin bir programlama algoritması geliştirilmiştir. Yeni elde edilen örneklerin dahil edilmesini yönetmek ve bunları eski tanımlanabilir parametrelere göre düzenlemek için tanımlanabilirlik projeksiyon matrisini güncellemeye yönelik yinelemeli bir algoritma geliştirildi. Filtrelenmiş regresör fikri, tanımlanabilir parametreler hakkındaki bilgileri kaybetmeden kontak geçişlerinin ve gürültünün etkisini azaltmak için kullanılır. Önerilen tanımlama algoritmasının geçerliliğini doğrulamak için, insan-robot bağlı modeli kullanılarak 3 boyutlu simülatör kullanılarak bir dizi simülasyon deneyi gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak algoritma, doğruluk, hesaplama süresi ve tanımlanan parametrelerin tam fiziksel tutarlılığına dayalı olarak uygulanabilir performansı gösterir. Önerilen algoritmayı doğrulamak için bir dış iskelet prototipi oluşturuldu. Prototip, sekiz seri elastik aktüatör, temas kuvvetini ölçmek için on altı kuvvete duyarlı direnç ve motor açısal yer değiştirmelerini ve seri elastik aktüatör yay sapmalarını ölçmek için başka bir on altı mutlak kodlayıcıyla donatıldı. Seri elastik aktüatörler ve sensörlerle iletişim, bir dizi arayüz devresi ve bir masaüstü bilgisayar aracılığıyla sağlandı. Gerçek zamanlı çalışma, Ubuntu 18.04 ve Xenomai 3.1'in kullanılmasıyla doğrulandı. Gerekli Kartezyen ve ortak seviye kontrolörleri, GNU bilimsel kütüphanesi ile C dili kullanılarak programlandı. Her iki algoritmanın eş zamanlı çözümü paralel programlama yoluyla kolaylaştırılmıştır. Çömelme, sallanma ve sagittal yürüme hareketlerinin deneysel gelişimi gerçekleştirildi. Önerilen algoritmaların ve geliştirilen donanımın gerçek zamanlı uygulanabilirliği ve fizibilitesi deneylerle ortaya konmuştur. Bu yaklaşım, hareketin kütle merkezi ile sağ ve sol ayakların merkezi Kartezyen yörüngelerini oluşturmak için sıfır moment noktası (ZMP) sistemi ve bir dizi polinomu ortaya çıktı. önerilen yaklaşım, bir modellemesi ile robotun ters kinematiğini görevlendirme şeklinde çözmete ve bu açıdan önemli bir rol oynamaktadır. Söz konusu robotun eksik tarhrikli varlığı nedeniyle tüm istenen Kartezyen yörüngeleri tam olarak elde etmek mümkün değildir. Bu nedenle, söz konusu yörüngelere belli bir ölçümye kadar yakın bir ters kinematik dağıtım için bir dış bükey görünümü kullanılmaktadır. Bu yapısal, kütle merkezi yörüngesinin bölünmüş olduğu kısıtlamaları içeren kalıcı bir yapı ile ilgili ters kinematik için oluşturulmaktadır. İkinci olarak, daha düşük bölgesel kısıtlamaların (örneğin ayak ve gövde özelliklerii) çözümü, yüksek aralıklı kısıtlamaların boş uzayına yansıtılarak gerekli dengenin şartlandırılmasını doğrulamaktadır. Karalı hareket için, Sıfır an programı baz alan empedans geribeslemeli bir kontrolcüsü ve diğer iki hareket hareket kontrolcüsü (oryantasyon kontrolü ve merkezi momentum kontrolü) önerilen görev parlaklıklandırmanın çalıştırılmasına uyarlanmıştır. Bu kontrollerin gelişimini ve gürbüzlüğünü ayrıntılı bir şekilde değişmek için MSC ADAMS aracılığıyla bir dizi simülasyon deneyi gerçekleştirildi. Kombine bir insan-robot modeli, 40 kg'lık alt hareketli bir dış açıklama ve 12 farklı antropomorfik insan modeli içermektedir. Sonuç olarak, önerilen görev dağılımının genişletilmesiyle birleştirildiğinde, üç kontrolcü de düzenli hareket çalışması için yeterli performans sergileniyor. Buna mukabil, önerilen sıfır moment merkezli empedans kontrolcüsü, göreli olarak daha gürbüz bir performans göstermiş ve bu verilerin veri aktarımı olarak irdelenmiştir.. Önerilen hareket kontrolcü yöntemleri model tabanlı kontrolcüler olduğunuz, hareket kontrolcüsünün performansınıe karşı uyum sağlayabilmesini sağlamak için gerçek zamanlı bir parametre belirlemesi olmuştur. Tanımlama yazılımı, değişken hareketliliğin tam fiziksel performansını garanti edecek şekilde özyinelemeli olarak yarı kesirli programlamayı çalıştırma özelliği mevcuttur. Ek olarak, büyümelik projeksiyon matrisini güncellemek için başka bir özyinelemeli güncelleme geliştirilmiş ve yeni edinilen örneklerin eski büyüme etkileriyle düzenlenmesi uygulanmıştır. Tanımlanabilir etkiyle ilgili bilgilerin kaybolmasından kontak geçişlerinin ve gürültünün yoğunluğunun azaltılması için filtrelenmiş regresör kullanılmaktadır. Önerilen tanımlama yazılımının sürdürülmesini sürdürmek için, yukarıda belirtilen iyileştirme insan-robot birleşik model aracılığıyla Raisim'in bir dizi simülasyon deneyi aracılığıyla gerçekleştirilmesi sağlanmıştır. Sonuç olarak, programın, parametrelerin değişiminin, programlama süresinin ve tam fiziksel performanslık aralıklarında uygun performansın sergilendiği görülmektedir. Programın programlanmasını sağlamak için, Özyeğin Üniversitesi Biyomekatronik Laboratuvarı bünyesinde yerleşik bir dış kopya prototipi (Co-Ex) oluşturulmuştur. Sekiz seri elastik Eyleyci içeren bu prototip temas kuvvetlerini kullanmak için altı sensör içerir. Ayrıca motor açılarıyla yayılmalarını sağlamak için yüksek verim üzerinde altı mutlak kodlayıcı ile donatılmıştır. Eyleyici ve sensörlerle iletişimi kurabilmek için bir dizi diyagramı devre ve bir masaüstü bilgisayar kullanılmaktadır. Gerçek zaman kısıtlamalarını bozmak için Linux Ubuntu 18.04 OS, Xenomai 3.1 yamasıyla kullanılıyor. Gerekli kontrolcüleri programlamak için GNU kayıt defteriyle birlikte C dili kullanılmaktadır. Paralel programlama, her iki uygulamayı aynı anda çözebilmek için kullanılmaktadır. Çömelme ve sallanma Hareketleri, Co-Ex elle olarak desteklenmektedir. Deneyler, önerilen sorunların ve donanım donanımının gerçek zamanlı uygulanabilirliğini kanıtlamaktadır.
