Reconfigurable modular snake robot locomotion via learning based hybrid motion control system architecture

Yılan robotlar, gürbüzlükleri ve çok yönlü operasyon kabiliyetleri sayesinde bilhassa belirsiz, kaotik ortamlara ve öngörülemeyen senaryolara yönelik kayda değer avantajlar sunmaktadırlar. Birbirinden farklı karakteristikte gerçekleyebildikleri hareket kontrol kabiliyetlerine ek olarak, minimum gereklerden fazlasını barındıran mimarileri sayesinde olası hatalara ve arızalara karşı dirençli şekilde operasyon gösterme kapasitesine sahiptirler. Elektromekanik mimarileri açısından yılan robotların sunmakta olduğu söz konusu üstünlüklere rağmen komplike ve çok yönlü hareket karakteristikleri dolayısıyla hareket kontrolü güncel zamana değin süregelen bir problem olarak ortaya çıkmaktadır. Bu noktayı ele almak üzere, yılan robot lokomasyonuna yönelik matematiksel analizler temel alınarak minimum gerekler belirlenmiştir. Belirlenen gerekler temelinde yeniden yapılandırılabilir modüler bir yılan robot tasarımı ve ilgili tasarıma yönelik temel elektromekanik mimarinin, tahrik bileşenlerinin ve sürtünme kuvvetinin modelleme işlemleri gerçeklenmiştir. Pekiştirmeli öğrenme temelli algoritmalar ve komut şekillendirme, kazanç planlama bileşenlerini barındıran katmanlı PID kontrolcü tasarımı ile bir hibrit hareket kontrol sistem mimarisi sunulmaktadır. Bu kapsamda, iki boyuttaki sofistike yılan hareket karakteristikleri pekiştirmeli öğrenme temelli algoritmalar ile elde edilirken, üst seviye planlama algoritmaları ve katmanlı PID kontrolcü mimarisi ile hareket kabiliyeti üç boyutlu uzaya taşınmıştır. Gerçekleştirilen incelemeler kapsamında farklı pekiştirmeli öğrenme algoritmalarına dair kıyaslamalar, ödül fonksiyonunu oluşturan bileşenlerin hareket karakteristikleri üzerine bireysel etkileri, farklı sayıda modüler bileşenden oluşan yılan robotların hareket karakteristikleri, arızalı bileşenler içeren robotların hata toleranslı eğitimleri ve üç boyutta olası operasyon senaryoları ele alınmaktadır. Ek olarak, bütüncül bir bakış açısı ile, ilgili robotun elektromekanik mimarisinin fiziki olarak gerçeklenmesine, kendiliğinden birleşme mekanizmalarının mekanik tasarım detaylarına, eğitim sürecine ve izlencesine ve farklı işlevler özelinde konfigüre edilmiş işbirlikçi robot sürülerine yönelik öğrenme temelli çoklu robot senaryolarına yönelik gelecek güzergahlar çizilmiştir.