Dört ayaklı bir robotun engebeli yüzeylerde yürüme analizi ve kontrolü

Bu tez kapsamında, dört ayaklı bir robotun (4AR) adım yörünge denetimini geliştirmek amacıyla farklı optimal kontrolcü tasarımları ve düz/engebeli yüzeylerde yürüyüşüne yönelik özgün bir kontrol mimarisi tasarlanarak modelleme, simülasyon ve analiz çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışmalar dikkate alınarak 4AR'ın tasarım kriterleri ve fiziksel parametreleri belirlenmiş, ileri/ters kinematik analizi ve sayısal hesaplamaları gerçekleştirilmiş, Newton-Euler metodu tabanlı kapalı form matematiksel dinamiğine ait çözümlemeler sunulmuştur. Yürüyüş çalışmalarına temel teşkil etmesi amacıyla, tek bacak modeli üzerinden, adım hareketinin yörünge kontrolüne yönelik daha önce önerilmeyen sezgisel algoritmalar kullanılarak, özgün yaklaşımlarla optimal PID, Hibrit LQR-PID, Bulanık Mantık Kontrolcü (BMK) tasarımları gerçekleştirilmiş ve karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir. Ayak ucu ile yüzey arasındaki etkileşimi denetleyen PID tabanlı bir Empedans Kontrolcü tasarlanmıştır. Ayrıca, dört ayaklı bir robota (HyQ2max) ait fiziksel ve dinamik parametrelere sahip, üç serbestlik dereceli bir bacak yapısı modellenmiş ve çeşitliliği artırmak amacıyla PIλDµ kontrolcü tasarlanmış, performansı klasik PID kontrolcü ile kıyaslamalı olarak değerlendirilmiştir. Adım hareketi üzerine yapılan çalışmalar ile sistemin ayakucu yörünge denetimi iyileştirilmiştir. Sistemin katı modeli CAD programında tasarlanmış ve ADAMS ortamına aktarılarak 4AR'ın dinamik modeli elde edilmiştir. Yürüyüş boyunca adım evrelerine göre kazançlarını uyarlayan PD tabanlı bir tork kontrolcü geliştirilmiştir. ADAMS ve MATLAB/Simulink programlarının eş zamanlı koşturulması ile, 4AR'ın düz bir zeminde statik yürüyüşün yanı sıra tırıs, rahvan ve eşkin dinamik yürüyüşleri olmak üzere toplamda dört farklı çeşitte düzlemsel yürüyüş simülasyonları gerçekleştirilmiştir. Bu tezde, 4AR'ın düzensiz yüzeylerde yürüyüş kontrolüne yönelik, gövdenin ve adım hareketinin birlikte denetlenebildiği ve bunların kontrolcü çıkışı üzerindeki etkilerinin ayarlanabildiği, ayak ucu ve engebeli yüzey arasındaki etkileşimi düzenleyen empedans konum-kuvvet denetimini de içeren, özgün bir kontrol mimarisi önerilmiştir. Dört farklı çeşit standart engebelerden oluşan bir parkur tasarlanmış, 4AR'ın engebeli yürüyüş kontrolü ve simülasyonu gerçekleştirilmiştir. Önerilen kontrol mimarisinin, 4AR'ın denge ve kararlılığını koruyarak, engebeli parkurda referans yürüyüş planını başarılıyla denetleyebildiği gösterilmiştir. Sistemin tüm durum değişkenine ve hata değerlerine ait kapsamlı sayısal sonuçlar sunulmuş, literatürdeki benzer sonuçlar ile karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir.