İki ayaklı yürüyen robotun yürüme deseni eklem açılarının fiziksel ve matematiksel yöntemlerle elde edilmesi

Yıl 2023, , 1631 - 1644, 06.01.2023

Taşkın Tez , Hilmi Kuşçu

https://doi.org/10.17341/gazimmfd.1071916

Öz

Robotik bilimi, teknolojinin gelişmesiyle birlikte büyük bir ivme kazanmıştır. Bu nedenle, büyük teknoloji ve otomotiv üreticileri insanın yürümesine benzeyen robotları günlük yaşama entegre etmek için birbirleriyle yarış halindedirler. Bu firmaların ürettikleri iki ayaklı robotların yürümesi zamanla insanın yürümesine benzemeye başlamıştır. Ancak, insanın yürümesindeki eklem sayılarının çok olması iki ayaklı robotlar için yürüme deseni oluştulmasını zorlaştırdığı için iki ayaklı robotlar için göze hoş gelen yürüme deseni oluşturulması kolay değildir. Bu çalışmada, doğada iki ayak üzerinde en güzel yürüyen canlı olan insandan esinlenerek yapılan iki ayaklı robotta 12 eklem için 12 adet akıllı servo motor kullanıldı. Robotun elektrikli, elektronik ve mekanik modelini elde etmek için kalçada 3, dizde 1 ve ayak bileğinde 2 olmak üzere toplam 6 adet akıllı servis motoru kullanıldı. Kinematik modeli oluşturulduktan sonra ise fizik, matematik ve geometrik yöntemler kullanılarak iki ayaklı robotun statik yürüme deseni oluşturuldu. Statik yürüme deseninin eklem açıları üretildikten sonra ise bu açıların değerleri açık kaynak kodlu derleyicide programlandı ve elektronik mikrodenetleyiciye yüklendi. Daha sonra mikrodenetleyicinin çalıştırılmasıyla iki ayaklı robotun eklemlerinde bulunan akıllı servo motorların bir harmoni içinde çalıştığı ve iki ayaklı robotun statik yürümesini düşmeden başarılı bir şekilde gerçekleştirildiği gözlemlendi.

Anahtar Kelimeler

İki ayaklı robot, Statik yürüme, Yürüme deseni

Destekleyen Kurum

Trakya Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi

Proje Numarası

TÜBAP-2014/05

Teşekkür

Bu robot projesi, Trakya Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi’nce kabul edilen TÜBAP-2014/05 nolu proje tarafından desteklenmiştir.

Kaynakça

• [1] Bayraktaroğlu, Z.K., et al., Design and Development of the I.T.U. Biped Robot, Gazi University Journal of Science, 2018. GU J Sci 31(1): 251-271, 2018.
• [2] Shigemi, S., Goswami, A., & Vadakkepat, P., ASIMO and humanoid robot research at Honda. Humanoid robotics: A reference, 55-90., 2018.
• [3] Hirose, M. and K. Ogawa, Honda humanoid robots development, Philosophical Transactions of the Royal Society of London A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 365(1850): p. 11-19, 2007.
• [4] Yamamoto, T., Nishino, T., Kajima, H., Ohta, M., & Ikeda, K., Human support robot (HSR). In ACM SIGGRAPH 2018 emerging technologies, (pp. 1-2), 2018.
• [5] Nagasaka, K., Sony QRIO. Humanoid Robotics: A Reference, 187-200, 2019.
• [6] Nelson, G., Saunders, A., & Playter, R., The petman and atlas robots at boston dynamics. Humanoid Robotics: A Reference, 169, 186., 2019.
• [7] Vukobratovic, M. and D. Juricic, Contribution to the synthesis of biped gait, IEEE Transactions on Biomedical Engineering, p. 1-6, 1969.
• [8] Lim, H.-o. and A. Takanishi, Biped walking robots created at Waseda University: WL and WABIAN family, Philosophical Transactions of the Royal Society of London A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 365(1850): p. 49-64, 2007.
• [9] Hirai, K., et al. The development of Honda humanoid robot. in Robotics and Automation, Proceedings. 1998 IEEE International Conference on. 1998 IEEE, 1998.
• [10] Hirai, K., The Honda humanoid robot: development and future perspective. Industrial Robot: An International Journal, 26(4): p. 260-266, 1999.
• [11] McGeer, T., Passive dynamic walking, Int. J. Robot. Res. 9(2), 62–82,1990.
• [12] McGeer, T. Passive walking with knees. in Robotics and Automation, Proceedings., 1990 IEEE International Conference on. 1990 IEEE, 1990.
• [13] Jong H.P. and Kyoung D.K., Biped Robot Walking Using Gravity-Compensated Inverted Pendulum Mode and Computed Torque Control, Proceedings of the 1998 IEEE International Conference on Robotics & Automation Leuven, Belgium l May 1998.
• [14] Kajita, S., et al., The 3D Linear Inverted Pendulum Mode: A simple modeling for a biped walking pattern generation, in Intelligent Robots and Systems, 2001. Proceedings. 2001 IEEE/RSJ International Conference on 2001.
• [15] Kajita, S., et al, Biped walking pattern generation by using preview control of zero-moment point, in Robotics and Automation, 2003. Proceedings. ICRA'03. IEEE International Conference on. 2003.
• [16] Pfeiffer, F., et al., Sensor and Contol Aspects of Biped Robot JOHNNIE, International Journal of Humanoid Robotics, 1(03): p. 481-496, 2004.
• [17] Lohmeier, S., et al. Computer system and control of biped Johnnie, in Robotics and Automation, 2004. Proceedings. ICRA'04. 2004 IEEE International Conference on. 2004.
• [18] Lohmeier, S., et al., Humanoid Robot LOLA—Research Platform for High-SpeedWalking, in Motion and Vibration Control, Springer. p. 221-230, 2009
• [19] Buschmann, T., S. Lohmeier, and H. Ulbrich, Humanoid robot lola: Design and walking control, Journal of physiology-Paris, 103(3): p. 141-148, 2009.
• [20] Sygulla, F., & Rixen, D., A force-control scheme for biped robots to walk over uneven terrain including partial footholds, International Journal of Advanced Robotic Systems, 17(1), 1729881419897472, 2020.
• [21] Nelson, G., et al., Petman: A humanoid robot for testing chemical protective clothing, 日本ロボット学会誌, 30(4): p. 372-377, 2012
• [22] Erbatur, K., et al., Design and control of the humanoid robot SURALP, Turkish Journal of Electrical Engineering & Computer Sciences, 19(5): p. 725-731, 2011.
• [23] Olcay, T., and Özkurt, A, Design and walking pattern generation of a biped robot,Turkish Journal of Electrical Engineering & Computer Sciences, 25: 761 - 769, 2017.
• [24] Hu, D., Xiong, C. H., & Sun, R., Working out the bipedal walking expenditure of energy based on foot morphology of different hominid genera: Implications for foot evolution, Journal of Theoretical Biology, 519, 110646, 2021,
• [25] Ortopedik Protez ve Ortez Yürüme Analizi - 1, T.C.Milli Eğitim Bakanlığı, 2011.
• [26] Houglum, P.A. and D.B. Bertoti, Brunnstrom's clinical kinesiology, FA Davis. : p. 543, 2011.
• [27] Lovejoy, C.O., Evolution of human walking. Sci Am, 259(5): p. 118-25, 1988.
• [28] Whittle, M.W., Gait analysis: an introduction,Butterworth-Heinemann, 2014.
• [29] Siciliano, B. and O. Khatib, Springer handbook of robotics, Springer Science & Business Media,
• [30] Kajita, S., et al., Introduction to humanoid robotics, Vol. 101, Springer, 2014