Dört Ayaklı Robotlar için Üç Serbestlik Dereceli Bacak Tasarımı ve Kesir Dereceli PID (PIλDμ) Tabanlı Kontrolü

Dört ayaklı robotlar, tekerlekli sistemlere kıyasla farklı arazi şartlarında yüksek hareket kabiliyetinesahip, karmaşık dinamik yapısı nedeniyle robotik ve kontrol alanında popülerliğini artıran, bacaklı mobilrobotlardır. Bu çalışmada; yürüyüş planlaması, adım yörüngesi tasarımı, gövdenin denge kontrolü gibikonularda hızlı ve etkili bir benzetim yapabilmek amacıyla, üç serbestlik dereceli doğrusal bacak modelive kontrolü sunulmuştur. Uzuv boyutlar, kütle, atalet, eklem sertlik ve sönüm değerleri vb. gibi dinamikparametreleri içeren gerçekçi bir fiziksel model Matlab/Simulink/ Simscape’de tasarlandı ve benzetimigerçekleştirildi. Robotun yürüyüşü boyunca standart bir adım yörüngesini gerçekleştirmek için gereklieklemlere ait açısal konum aralıkları dikkate alınarak, fiziksel model üzerinden doğrusallaştırma araçlarıkullanılarak, girişi tork-çıkışı açısal konum olacak şekilde, sistemin doğrusal Durum-Uzay modeli eldeedilmiştir. Sistemin doğrusal model ile fiziksel modelinin, sabit tork girişine karşın birim basamakcevapları karşılaştırılmış ve küçük hata değerleri ile modellere ait cevapların birbirine benzer sonuçlarverdiği görülmüştür. Doğrusal model üzerinden sistemin, farklı kesir dereceleri seçilerek tasarlanan PIλDμ kontrolcüleri ile açısal konum kontrolü, klasik PID kontrolcü ile karşılaştırmalı olarak gerçekleştirmiştir. Benzetim sonuçları sunulmuş ve değerlendirilmiştir.

THREE DEGREE OF FREEDOM LEG DESIGN FOR QUADRUPED ROBOTS AND FRACTIONAL ORDER PID (PIλDμ) BASED CONTROL

Quadruped robots are legged mobile robots that increase their popularity in robotic and control areas due to their complex dynamic structure with high mobility in different terrain conditions compared to wheeled systems. In this study; A 3-DoF linear leg model and its control are provided in order to enable quickly and effectively simulate about on such subjects that walking planning, foot trajectory design and body stability control of robot. A realistic physical model with parameters such as the dimensions, masses, inertia of limbs and the stiffness and damping values of joints is designed on Matlab/SimMechanics and simulated on Simulink environments. By taking into account the angular position ranges of the joints required for the robot to perform a standard step trajectory during the walk, the linear state-space model of the system (torque input- angular position output) is obtained using the linearization tools over the physical model. The unit step responses of the physical model are compared with the obtained linear model responses under constant torque input and it is understood to give similar results with small error values. Using the linear model, the angular position control of the system is achieved with PIλDµ controllers designed by selecting various parameters of fraction orders as comparatively the classical PID. Simulation results are presented and investigated.

___

  • Bakırcıoglu, V., Sen, M.A. and Kalyoncu, M., 2016a, “Optimization of PID Controller Based on the Bees Algorithm for One Leg of a Quadruped Robot”, MATEC Web of Conferences, Vol. 42, No. 03004, pp. 1-4.
  • Bakırcıoglu, V., Sen, M.A. and Kalyoncu, M., “Adaptive Neural-Network Based Fuzzy Logic (ANFIS) Based Trajectory Controller Design for One Leg of a Quadruped Robot”, 5th International Mechatronics and Control Engineering (ICMCE 2016), Venice, Italy, 82-85, 14-17 December, 2016b.
  • Bakırcıoğlu, V., Sen, M.A. and Kalyoncu, M., “Motıon Analysıs of The Robotıc Leg Mass Centre Durıng Reference Trajectory Trackıng” 2018 International Vocational Science Symposium (IVSS 2018), Antalya, Turkey, 420, 26-29 April, 2018.
  • Baudoin, Y. and Maki K. Habib, 2010, Using Robots in Hazardous Environments: Landmine Detection, De- Mining and Other Applications, Woodhead Publishing, Cambridge, London, England.
  • Boston Dynamics Company, https://www.bostondynamics.com/robots, access date: 12.09.2019.
  • Focchi, Michele, et al. “Control of A Hydraulically-Actuated Quadruped Robot Leg”, 2010 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA2010), IEEE, Alaska, United States, 4182-4188, 4-8 May, 2010.
  • Hutter, M., et al., “StarlETH: A Compliant Quadrupedal Robot for Fast, Efficient, and Versatile Locomotion”, International Conference on Climbing and Walking Robots (CLAWAR), Baltimore, USA 483-490, 23-26 July, 2012.
  • Hutter, M., et al., 2017, “Anymal-Toward Legged Robots for Harsh Environments”, Advanced Robotics, Vol. 31, No. 17, pp. 918-931.
  • Podlubny, I., 1999, “Fractional-Order Systems and PIλDμ Controllers”, IEEE Transactions on Automatic Control, Vol. 44, No. 1, pp. 208-214.
  • Podlubny, I., Dorcak L. and Kostial I., “On Fractional Derivatives, Fractional-Order Dynamic Systems and PIλDμ Controllers”, 36th IEEE Conference on Decision and Control, IEEE, Kobe, Japan, 1-5, 13-13 December, 1997.
  • Raibert, M., Blankespoor, K., Nelson, G. and Playter, R., “Bigdog, The Rough-Terrain Quadruped Robot”, In 17th World Congress the International Federation of Automatic Control, Seoul, South Korea, 10822- 10825, 6-11 July, 2008.
  • Raibert, M.H., 1986, Legged Robots That Balance. MIT Press, Cambridge, London, England.
  • Rossell, J. M., et al. “Tracking Control for A Stewart Platform Prototype” 2015 International Conference on Advanced Mechatronics, Intelligent Manufacture, and Industrial Automation (ICAMIMIA), IEEE, Resort, Surabaya, 58-63, 15-16 October, 2015.
  • Semini, C., 2010, Hyq-Design and Development of a Hydraulically Actuated Quadruped Robot, Doctor of Philosophy (Ph.D.), University of Genoa, Italy.
  • Semini, C., et al., 2017, “Design of the Hydraulically-Actuated Torque-Controlled Quadruped Robot HyQ2Max”, IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, Vol. 22, No. 2, pp. 635-646.
  • Sen, M.A. and Kalyoncu M., 2018, “Optimal Tuning of PID Controller Using Grey Wolf Optimizer Algorithm for Quadruped Robot”, Balkan Journal of Electrical and Computer Engineering, Vol. 6, No. 1, pp. 29-35.
  • Sen, M.A. and Kalyoncu M., 2019, “Grey Wolf Optimizer Based Tuning of a Hybrid LQR-PID Controller for Foot Trajectory Control of a Quadruped Robot”, Gazi University Journal of Science, Vol. 32, No. 2, pp. 674-684.
Konya Journal of Engineering Sciences-Cover
  • Yayıncı: Konya Teknik Üniversitesi
Sayıdaki Diğer Makaleler

HETEROJEN İŞGÜCÜNE SAHİP PARALEL MONTAJ HATLARI İÇİN MALİYET YÖNELİMLİ MATEMATİKSEL BİR MODEL VE SEZGİSEL BİR YAKLAŞIM

Serhan KÖKHAN, Ömer Faruk BAYKOÇ, Selçuk Kürşat İŞLEYEN

KARABÜK ÜNİVERSİTESİ KAMPÜS ATIKSULARININ “PHRAGMITES AUSTRALIS” VE “ALOE VERA” BİTKİLERİ İLE YAPAY SULAK ALANLARDA ARITIMI

Ertuğrul ESMERAY, Özlem ARMUTCU

HAVAALANI YER SEÇİMİNDE COĞRAFİ BİLGİ SİSTEMLERİ (CBS) ve ANALİTİK HİYERARŞİ SÜRECİ (AHP) KULLANIMI

Ela ERTUNÇ, Tayfun ÇAY

ZASEY’E DAYALI HARMONİKLİ YÜK VE DENGESİZ BESLEME GERİLİMİ ALTINDA TRANSFORMATÖRÜN İNDİRGENMESİNİN KARŞILAŞTIRILMASI

Atabak NAJAFI

Sıcak Presleme Ve Yüksek Sıcaklık Sinterleme Kombinasyonu İle Β Tipi Biyomedikal Ti74Nb26 Alaşımının Üretimi

Tarık AYDOĞMUŞ, Nuaman Jasim Filamarz AL-ZANGANA, Fevzi KELEN

2007 VE 2018 TÜRK DEPREM YÖNETMELİKLERİNE GÖRE YEREL ZEMİN SINIFLARININ YAPILARDAKİ BURULMA DÜZENSİZLİĞİNE ETKİSİ

Kabil ÇETİN, Ali DEMİR, Taha Yasin ALTIOK

Bütünleşik ÇKKV Metotları ile Çok Maksatlı Amfibi Hücum Gemisi için Zırhlı Amfibi Araçların (AAV) Seçimine İlişkin Bir Karar Verme Model Önerisi

Abdullah YILDIZBASI, Mustafa Burak ÖZDEMİR

BETONARME KİRİŞLERİN ŞEKİL DEĞİŞTİRME ESASLI HASAR SINIRLARININ ARAŞTIRILMASI

Süleyman YÜKSEL, Saeid FOROUGHİ, Rohullah JAMAL

GMAK YÖNTEMİ İLE BİRLEŞTİRİLMİŞ HARDOKS500 - ST52 NUMUNENİN ÇEKME DAYANIMI VE SERTLİK DAVRANIŞININ İNCELENMESİ

Şeyma KORKMAZ, Muhammet Hüseyin ÇETİN, Muhammed ADAR, Abdulkadir ORAK

Dört Ayaklı Robotlar için Üç Serbestlik Dereceli Bacak Tasarımı ve Kesir Dereceli PID (PIλDμ) Tabanlı Kontrolü

Muhammed Arif ŞEN, Veli BAKIRCIOĞLU, Mete KALYONCU