Dynamic balancing of underactuated robots

Abstract

Tahrik derecesi serbestlik derecesinden az olan düzlemsel mekanik sistemlerinkontrolü zor bir problemdir. Bu mekanik sistemler iki ayaklı robotlarda sıkça rastlanan dinamik kararlı hareketi modellemek için kullanılmaktadır. Bu çalışmadaserbestlik derecesinden sayıca az tahrikli sistemler ile iki ayaklı yürüyen robotlararasındaki bağlantı ele alınmıştır.İki adet düzlemsel sistem modeli incelenmektedir; bunlar akrobatik robot veyürüyen robottur. Bu sistemlerin hızlı periyodik yörüngelerinin dinamik kararlılıklarıasimtotik kararlı geribesleme kontrölörleriyle gerçekleştirilmiştir. Oluşan sisteminiç dinamikleri incelenip enerji tasarrufu ve kapalı-çevrim gürbüz kontrol sağlamakiçin şekillendirilmiştir. Özellikle, sistemin iç dinamiğini şekillendirmek için sistematik olarak Bezier polinom yaklaşımları ve parametre optimizasyon yöntemlerikullanılmıştır. Simulasyon sonuçları, akrobatik robot ve yürüyen robotun dinamikkararlı yörüngelerini sunmaktadır .

This thesis presents the control of planar underactuated systems that have oneless control input than the number of degrees of freedom. The underactuated robotsare studied to achieve dynamically stable motions commonly encountered duringrobot locomotion. This work emphasizes the relation between the underactuatedsystems and biped locomotion and builds on the previous works in the literature onunderactuated robot locomotion.Two planar system models are treated: an acrobatic robot and a compass bipedwith torso. The dynamic stability of fast periodic trajectories of these systems areregulated by designing asymptotically stable feedback controllers. The resultinginternal dynamics of the systems are analyzed and shaped to achieve energy e±-ciency and robustness of the closed-loop system trajectories. In particular, B¶ezierpolynomial approximations and parameter optimization methods are used to sys-tematically construct the internal dynamics of the systems. Simulation results arepresented for dynamically stable orbits of the acrobatic robot and the compass bipedwith torso.