İnsansı robotların tüm vücut kinematik ve dinamik modellenmesi ve kontrolü

Yetmişli yılların başlarından itibaren insansı robotların mühendislik alanındaki araştırmaları artan bir ilgiyle devam etmektedir. Temel olarak insansı robotların insanların günlük yaşamlarına dahil olup yaşam kalitelerini arttırmaları beklenmektedir. İnsansı robotların talep edilmesindeki en önemli unsur mekanik yapılarından kaynaklı olan yüksek hareket kabiliyeti kapasiteleridir. İnsansı robotlar insanların günlük yaşam uygulamalarını gerçekleştirmede kullanılabilecek en uygun mekanizmalardan bir tanesi olarak kabul edilmektedir. İnsansı robotlar mekanik yapılarından dolayı oldukça yüksek hareket kabiliyetine sahip olsalarda mevcut insansı robotlar bu kabiliyetin çok az bir kısmını kullanabilmektedirler. İnsan hareketlerinin iyi bir şekilde anlaşılamamış olması ve basitleştirilmiş model ve kontrolörlerin kullanılması insansı robotların hareket yeteneklerini kısıtlayan başlıca etmenlerdir. Bu tezde insansı robotların hareket yeteneklerinin geliştirilmesi hedeflenmişitir. Bunun için insansı robotların tüm vücut dinamik modeli elde edilmiş ve insanların günlük yaşamlarında yaptıkları davranışları gerçekleştirebilmelerini sağlayacak gelişmiş kontrolörler tasarlanmıştır. Bu tez 6 bölümden oluşmaktadır. Her bir bölümün içeriği aşağıda açıklanmaktadır. İlk bölümde tez ile ilgili temel kavramlar açıklanmış, tezin amacı ve motivasyon kaynakları belirtilmiş, literatür özeti verilmiş, problemin tanımı yapılarak önerilen çözümler açıklanmıştır. İkinci bölümde insansı robotların kontrolünde kullanılan kontrolörler açıklanmıştır. Bu tezde bozucu gözetleyici tabanlı kontrolörler dayanıklı kontrolün ve sensörsüz kuvvet kontrolünün elde edilmeleri için kullanılmıştır. Üçüncü bölümde insansı robotların tüm vücut dinamik modeli elde edilmiştir. Tüm vücut dinamik model elde edilirken kayan nokta dinamiği kullanılmıştır. Geleneksel dinamik modellere kıyasla kayan nokta dinamiği tabanlı yaklaşımın temel avantajı insansı robotlar için sürekli yapıya sahip bir dinamik modelin elde edilebilmesine olanak sağlamasıdır. Bu bölümde dinamik model nümerik ve analitik tabanlı iki farklı yöntem kullanılarak elde edilmiştir. Elde edlen dinamik model ve MATLAB'ın sanal gerçeklik araç kutusu (Virtual Reality Toolbox) kullanılılarak yeni bir simülatör tasarlanmıştır. Dördüncü bölümde insansı robotların alt vücut kontrolü üzerinde durulmuştur. Alt vücut kontrol uygulamalarında iki bacaklı yürüyen bir mekanizma kullanılmıştır. İki bacaklı robot statik ve dinamik yürüme algoritmaları kullanılarak kontrol edilmiş ve tasarlanan simülatör kullanılarak benzetim sonuçları sunulmuştur. Ayrıca iki bacaklı robotun engebeli bir yüzeyde dinamik yürüme kontrolü gerçekleştirilmiştir. Beşinci bölümde insansı robotların tüm vücut kontrolü üzerinde durulmuştur. Üst vücut kontrolü serbest ve kısıtlı hareket kontrolleri olmak üzere iki temel bölümde incelenmiştir. Serbest hareket kontrolünde robot kolları çevre ile etkileşime girmezken kısıtlı hareket kontrolünde robot kolları bir nesne ile temas halindedir. Serbest hareket kontrolünde robot kolları için bağımsız yörüngeler tasarlanmıştır. Robot kollarının yörüngeleri kullanılarak dinamik yürümenin kararlılığı iyileştirilmiştir. Kısıtlı hareket kontrolünde robotun bilinmeyen bir nesne ile etkileşime girmesi incelenmiştir. Güvenli kontak kontrolü ve bilinmeyen bir nesnenin ittirilmesi ile ilgili simülasyon çalışmaları gerçekleştirilmiştir. İnsansı robotların hareket kabiliyetlerini insanların hareket yeteneklerini kullanarak arttırmak için çift taraflı kontrol yapısı önerilmiştir. Bir çok farklı uygulamada kullanılabilecek iki farklı çift taraflı kontrol yapısı sunulmuştur. Altıncı bölümde sonuçlar ve öneriler verilmektedir.