Dört ayaklı yürüyen bir robotun tek bacağı için arı algoritması kullanılarak kontrolcü tasarımı

Abstract

Bu çalışmada, mekanik özellikleri katır anatomisine benzer dört bacaklı bir robotun iki uzuvlu bir bacağı için PID tabanlı hibrit kuvvet/yörünge empedans kontrolcü tasarımı ve optimizasyonu yapılmıştır. İlk olarak dört bacaklı mobil robot için kullanılabilecek, iki serbestlik dereceli bir bacak model tasarımı yapılmıştır. Fiziksel parametreler, robotun yürüme kabiliyetini sağlayacak şekilde belirlenmiştir. Tasarıma ait üç boyutlu katı model oluşturulmuştur. Model içerisinde sisteme ait malzeme bilgisi ve mafsal serbestlik dereceleri belirlenerek simülasyon için gerekli ön hazırlık yapılmıştır. Sistemin kinematik ve dinamik denklemleri matematiksel olarak belirtilmiş, daha doğru sonuçlar için uzuvlara ait dinamik parametreler ve malzeme bilgisini içeren üç boyutlu katı model kullanılmıştır. Daha sonra MATLAB/Simulink ortamında simülasyon oluşturulmuştur. Sistemin kontrolü için öncelikle empedans çalışmalarına temel teşkil etmek için standart PID kontrolcü tasarımı gerçekleştirilmiştir. Temel PID kontrolcüden elde edilen tecrübe doğrultusunda, PID tabanlı hibrit kuvvet/yörünge empedans kontrolcü tasarımı yapılmıştır. Kuvvet yörünge kontrolünü geliştirmek amacıyla, kontrolcü kazançları ve empedans katsayılarının Arı algoritması optimizayonu ile ayarlaması gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar grafiksel formda sunulmuş, empedans kontrolcünün etkinliği, optimizasyon öncesi ve sonrasında elde edilen kazanç ve katsayılara göre incelenmiştir. Sonuç olarak, sistemin ayakucunun yüzey etkileşimli kuvvet/yörünge kontrolü için başarılı bir empedans tabanlı kontrolcü elde edilmiş ve parametreleri optimize edilerek, performansı geliştirilmiştir. Elde edilen sonuç ve öneriler, yedinci bölümde değerlendirilmiştir.

In this study, PID-based hybrid force/trajectory impedance controller design and optimization for a two-limb leg of a quadruped robot whose mechanical properties are similar to the mule anatomy is performed. Firstly, a two degree of freedom leg model is designed for the quadruped mobile robot. The physical parameters are determined to provide the walking ability of the robot. A three-dimensional solid model of the design is created. Material information and joint degrees of freedom of the system are determined in the model and necessary preliminary preparation is made for the simulation. The kinematic and dynamic equations of the system are specified mathematically. For more accurate results, three-dimensional solid model including dynamic parameters and material information of limbs is used. Then, simulation was created in MATLAB/Simulink environment. To control the system, first of all, a standard PID controller is designed to provide the basis for impedance studies. PID based hybrid force/trajectory impedance controller is designed in accordance with the experience gained from the basic PID controller. In order to improve the force / trajectory control, the controller gains and impedance coefficients are adjusted with the Bees Algorithm optimization. The results are presented in graphical form and the efficiency of the impedance controller is analyzed according to the gains and coefficients obtained before and after optimization. Consequently, a successful impedance-based controller for surface contact force/trajectory control of the foot of the system is obtained, parameters are optimized, and performance is improved.