Adaptif Kontrol Yöntemiyle Bacaklı Robotlarda Yüksek Performanslı Koşma Davranışı Geliştirilmesi

TÜBİTAK EEEAG Proje01.03.2017Model tabanlı ve dinamik kararlılıga ihtiyaç duyan bacaklı yürüme ve kosma davranıslarınınfiziksel robotlarda gerçeklenmesi statik kararlılık özelligine sahip davranıslara göre oldukçazordur. Bu zorlugun temel nedenlerinden birisi ilgili dinamiklerin sistem parametrelerinehassas bagımlılık göstermesidir. Bu parametrelerin hassas bir sekilde ölçülememesi vemalzeme yorulması veya asırı kullanım nedeniyle zamanla degisim göstermesi de problemidaha da kötü bir hale getirmektedir.Bu çalısmanın temel amacı tek bacaklı zıplayan bir robot platformu için çevrimiçi parametrekestirimi yaparak model-tabanlı yüksek performanslı kosu davranısını destekleyen bir adaptifkontrolcü yapısı ortaya koymaktır. Aslında daha önceki çalısmalarımızda benzetimortamlarında basit Yaylı Ters Sarkaç (YTS) modeli için çevrimiçi parametre kestirimi yaparakkalıcı hal takip hatalarını gideren bir adaptif kontrolcü gelistirilmistir. Bu noktada amacımızöncelikle bu adaptif kontrolcü yapısının Tork-Tahrikli ve Kayıplı Yaylı Ters Sarkaç (TTK-YTS)modeline uyarlanmasını saglamak ve ardından gelistirilen adaptif kontrolcü yapısının testedilebilecegi tek bacaklı zıplayan robot platformunu ortaya koymaktır.Bu amaçla öncelikle daha önce laboratuvarımızda gelistirmis oldugumuz tek bacaklı zıplayanrobot platformu üzerinde yüksek performanslı kosma davranısını destekleyecek mekanik veelektronik revizyonlar yapılmıstır. Daha sonra öncelikle TTK-YTS modeli için gelistirilen biryakınsamalı analitik çözümün gerçek robot verileri üzerinde dogrulaması yapılmıstır. Buamaçla robotun tek adımlık testleri üzerinden veri toplanmıs, ardından bu matematiksel modeliçin parametrik sistem tanılaması yapılarak robot parametrelerinin kestirimi saglanmıstır. Bumodelin robot gezingelerini ne kadar iyi tahmin ettigi fiziksel testler aracılıgıyla detaylıcagösterilmistir.Projenin son asamasında, fiziksel olarak dogrulanmıs yakınsamalı analitik çözüm kullanılarakrobotun istenen hız ve yükseklikte kosmasını saglayacak model-tabanlı tam hedef kontrolcüyapısı gelistirilmistir. Bu kontrolcünün robot üzerindeki performansı farklı deneylerleincelenmis ve bu sekilde robotun basarılı bir biçimde kosması saglanmıstır. Böyleceprojemizde bir sonraki safhaya geçebilmek amacıyla robotumuz revize edilmis ve daha öncebenzetim ortamlarında dogrulaması yapılmıs birçok çalısmamız deneysel olarak dadogrulanmısır. Projenin bitimini takiben adaptif kontrolcü yapılarının robot üzerinde detaylıincelenmesine baslanacaktır.Practical realization of model-based dynamic legged walking and running behaviors onphysical robot platforms is more challenging than their statically stable counterparts. The mainreason behind this difficulty is the critical dependence of related dynamics to systemparameters. This problem is aggravated by the inevitably inaccurate measurements of theseparameters and their time varying nature due to extensive use and associated material fatigue.The main goal in this work is to develop an adaptive controller that supports model-based highperformance running behavior for a one legged hopping robot platform via online once-perstepparameter correction. Actually, in our previous works, we developed an adaptive controllerthat eliminates the steady state tracking error via online parameter adjustment for the Spring-Loaded Inverted Pendulum (SLIP) model in simulation studies. At this point, our aim is to firstextend the proposed adaptive controller strategy for the Torque-Actuated Dissipative Spring-Loaded Inverted Pendulum (TAD-SLIP) model and then present a one-legged hopping robotplatform as a test bench for the proposed method.To this end, we first performed necessary mechanical and electronical revisions on our onelegged hopping robot platform, which was previously developed in our laboratory, to supportits high performance running behavior. Then, we worked on experimental validation of anapproximate analytical solution for the TAD-SLIP dynamics on our robot data. In this context,we first collected single stride tracectories of the robot platform and performed parametricsystem identification to estimate the physical system parameters. After that, we showed howsuccessfully these models can represent robot trajectories.As a last step, we developed a model-based deadbeat controller to regulate the velocity andheight of the robot by using the experimentaly validated approximate analytical solution. Weinvestigated the performance of this model-based controller in various experiments and it hasbeen shown that the robot can successfully track the desired trajectories. Thus, in this project,we presented the revised one-legged hopping robot platform as well as our experimentalinvestigations of some previous studies on the new robot platform. Subsequent to this project,we plan to investigate the performance of the adaptive controllers on our physical robotplatform