Modeling, simulation, and design of a bipedal walking robot

Abstract

Bu tez, TÜBİTAK destekli ?İki Ayaklı Biomimetik Yürüyen Robot? isimli Yeditepe Üniversitesi araştırma projesinin modelleme, benzetim ve tasarım bölümlerini kapsar. Tezde, 2 mafsallı en basit yürüyen mekanizmanın modellenmesi ve benzetimi, bir sentetik yürüyüş algoritmasının geliştirmesi ve dinamik bir modelde sentetik ve antropomorfik yürüyüşlerin gerçeklenmesi anlatılmıştır. Asıl amaç insan benzeri bir yürüyüş elde etmek olduğundan, robotun bilgisayar destekli tasarımı esnasında insan ölçütleri göz önüne alınmıştır. Seçilen elektrikli ve mekanik birleşenler bilgisayar destekli tasarım ortamında detaylandırıldı ve yapısal birleşenler ile montajlandı. Tasarlanan ve üretilen robotun boyu 1 metre, ağırlığı ise yaklaşık 20 kilogramdır. Düzlemsel olan robot motor yardımıyla tahrik edilen 6 adet döner eklemden oluşmaktadır. Aslına uygun robot modeli için sürtünme ve darbe modeli kullanan gerçekçi bir benzetim ortamı oluşturuldu. Aslına uygun robot modeli için parametre temelli sentetik yürüyüş algoritmasından iki farklı yürüyüş yörüngesi sentezlendi. Sentezlenen yürüyüş yörüngeleri dinamik benzetim ortamında döner eklemlere uygulandı. Simülasyon bulguları robotun insan benzeri yürüyüş için uygun olduğunu gösterdi. Böylece benzetim ortamının güvenilirliği doğrulandı.

This thesis presents modeling, simulation and design studies within the scope of a Yeditepe University research project entitled ?Biomimetic Biped Walking Robot?, which is funded by TUBITAK. In the thesis, modeling and simulation of a 2-linked simplest walker, development of a synthetic gait generation algorithm and simulations of anthropomorphic and synthetic gaits on a dynamic model are presented. As the focus is to obtain human-like walking, the robot is designed to resemble human proportions in the CAD environment. Selected electrical and mechanical components are detailed and assembled with structural components. Designed and manufactured biped robot has a height of 1 m and a weight of approximately 20 kilograms. The planar biped robot has 6 actuated joints. A realistic simulation environment is created by using an impact-friction contact model and a faithful CAD model. Parameter based synthetic gaits are generated for this robot model. The trajectories are driven by joints of the robot in dynamic simulations. Results of the simulations indicate that designed robot will be able to realize stable human-like walking motion. Thus, reliability of the simulation environment is verified.