Geri Dön

Yılan tipi hareket mekanizması ve hareket kontrülü

A snake-like mobile robot prototype and its motion control

  1. Tez No: 166558
  2. Yazar: ATİLLA KILIÇARSLAN
  3. Danışmanlar: PROF.DR. AHMET KUZUCU
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2005
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

YILANSI HAREKET MEKANİĞİ VE HAREKET KONTROLÜ ÖZET Son zamanlarda, doğada özellikle yılan ve tırtıllarda gözlemlenen fiziksel hareket ilkelerine dayanan birçok sayıda hareketli robot prototipi gerçekleştirilmiştir. Japon bilim adamı Hirose'nin konu üzerindeki özgün çalışmaları, onu izleyen dünya çapında birçok araştırmaya esin kaynağı olmuştur. Bu robotların birçoğu aktif veya pasif tekerleklerle donatılmış hareketli platformlardan oluşmaktadır. Yılansı mekanik yapılarına karşın, hareket etme ilkeleri klasik tekerlek hareketinden ibarettir. Doğadan esinlenen yılansı hareket ilkelerini uygulayan pasif tekerlekli birçok mekanizma tasarlanmıştır. Bu tekerlekli mekanizmalar, yeterince pürüzsüz yüzeyler üzerinde işletilebilmektedir. Diğer yandan, yapay tekerlekli hareketin doğal yaşamda gelişmemiş olduğu bilinmektedir. 6 çeşit yılansı ayaksız hareket biçimi arasında yanal dalgalanma hemen hemen tüm (-2700) yılan türlerinde ve en sık bir biçimde gözlemlenen hareket türüdür. Şekil 1(a) ve 1(b) sırasıyla yanal dalgalanma ile ilerleyen bir yılanın bıraktığı izi ve yanal dalgalanma esnasında ayrık dayanaklarda oluşan tepki kuvvetlerini göstermektedir. // W â I Şekil 1 : (a) Yanal dalgalanma ile ilerleyen yılanın bıraktığı iz. (b) Çeşitli sayıda eşzamanlı dayanakların görüldüğü 3 farklı yanal dalgalanma konfigürasyonu. Yanal dalgalanma ile yılansı hareket, hayvanın vücudunun tamamının çevresi ile sürekli etkileşimine dayanır. Yılan, vücudunu üzerinde bulunduğu yüzeydeki pürüzlere dayayabilmek için vücudunu büker. Yılanın vücudunun, dayanak diyebileceğimiz pürüzlerle olan temas yüzeylerinde oluşan tepki ve sürtünme kuvvetleri, hayvanın istediği bir yönde hareketini sağlayacak toplam itme kuvvetini oluşturur. Yerel olarak, hareketli vücut kesimleri dayanaklar etrafında kayarak döner ıxve toplam kuvvet/moment tepkisi yılanı iter. Oldukça fa/la eklem sayısına sahip (-120-400) yılan omurgaları çok çeşitli özelliklerdeki yüzeylere uyum sağlayabilmektedirler. Günümüzde yaklaşık 2700 tür yılan bulunmaktadır ve yılanlar dünya üzerinde kutuplar hariç her bölgede yaşamaktadır. Yılansı hareketle ilerleyen mekanizmalar, tekerlekli ve ayaklı platformların hareket zorlukları çektiği doğal ve düzensiz ortamlarda çalışmaya daha uygundur. Bu tez çalışmasında, doğadan esinlenen hareket biçimini uygulayabilen tekerleksiz yılansı robot prototipleri tasarlanarak üretilmiştir (Şekil 2). Prototiplerden ilki 5 uzva ve bir serbestlik dereceli 4 ekleme sahiptir. İkincisi 10 uzva ve bir serbestlik dereceli 9 ekleme sahiptir. Şekil 2: Üretilen Yılan Tipi Robot Prototipleri Prototiplerin hareket etmeleri, çalışma ortamında bulunan dayanaklara kuvvet uygulamaları ve bu dayanaklardan gelen tepki kuvvetlerinin yanal bileşenlerinin birbirlerini dengelemesi ve hareket yönündeki bileşenlerinin toplanarak sistemi hareket ettirmesi ile mümkün olmaktadır. Bu tez çalışmasında zincir şeklinde birbirine bağlı uzuvlara uygun yöntemlerle çalışma ortamında bulunan dayanaklardan gelen tepki kuvvetleri etkimesi sağlanmıştır. Üretilen prototiplerden ilki doğadaki yılanların en çok uyguladıkları“çevresel dayanaklara dayalı kayan dalga hareketi”ni uygulayabilmektedir. Bu prototip yanal kuvveti iki farklı yol ile oluşturabilmektedir. Bunlardan ilki her bir uzvun alt kısmında bulunan, birer eksantrik mekanizması ile tahrik edilen çekmece benzeri yapılarla mümkün olmaktadır. Eksantrik mekanizmaları bu çekmecelere hareket vererek çekmecelerin yılanın yan tarafından dışarı çıkmaları ve dayanaklara bu yolla kuvvet uygulamalarını sağlar. Yanal kuvvetin ikinci uygulanış biçiminde eksantrik ve çekmece mekanizmaları kullanılmamıştır. Sistemin uygun eklemlerine uygun zaman ve miktarlarda dönme verilerek sistemin uzuvlarının dayanaklara bu dönmeler sayesinde kuvvet uygulamaları sağlanmıştır. Üretilen prototiplerden ikincisi, birinci prototipin uyguladığı ikinci hareket yöntemini çok daha hassas bir şekilde uygulayabilmektedir. Bu prototip, uzuv boylarının daha kısa olması ve daha çok uzva sahip olması nedeniyle farklı bir hareket etme biçimi olan“düşey düzlemde kayan dalga hareketi”ni de uygulayabilmektedir. (Şekil 3, Şekil 4).Şekil 3: İkinci Prototipin Engele Dayalı Hareket Senaryosu Şekil 4: Düşey Düzlemde Kayan Dalga Hareketi Prototiplerin her iki yanında dokunma algılayıcıları bulunmaktadır. Bu algılayıcılar sayesinde sistem temas halinde olduğu dayanakların koordinatlarını bulabilmektedir. Doğadaki yılanların her koşulda uyguladıkları sabit vücut eğrileri yoktur. Vücutlarının esnekliği sayesinde kendilerini doğal koşullara uyarlayabilirler. Bu tez çalışmasında, dayanakların yerlerini tespit eden robotlara bu dayanakların oluşturduğu senaryolara uyabilmeleri ve her yeni dayanakta kendilerini bu yeni konfigürasyona uyarlayabilmeleri için, dayanak verilerine göre eğri uydurma yaklaşımı uygulanmıştır. Bu yöntemle hareketin oluşabilmesi için sistemin deney tablası üzerinde alması gereken konfigürasyon açıları ve sistemin ileri yönde hareket edebilmesi için her bir eklemin aynı anda alacağı açı değerleri çok farklı senaryolar için yazılan bir algoritma tarafından belirlenmiştir. Bu yolla hareketin her anında dokuz eklem aynı anda kumanda edilerek hareket sağlanmıştır. Sonuçta çok farklı dayanak konfigürasyonlarında sistem kendini hareket koşullarına uyarlayabilmiş ve ileri yönde hareketi sağlayabilmiştir.

Özet (Çeviri)

A SNAKE-LIKE MOBILE ROBOT PROTOTYPE AND ITS MOTION CONTROL SUMMARY Limbless locomotion has recently motivated the construction of numerous mobile machines taking the advantage of the physical phenomena observed particularly in snakes and inchworms. Original works of the Japanese scientist Hirose has inspired many of the following research on snake-like locomotion throughout the world. Most of these locomotors have consisted of mobile platforms equipped with active or passive wheels. Despite their snake-like mechanical structures, locomotion of machines using active wheels is based on the principles of classical wheeled functioning. Most structures with passive wheels have been designed to exert biologically inspired snake-like locomotion. However wheeled snake robots are intended to operate over perfectly smooth substrata, i.e. in artificially structured environments. On the other hand, one knows that artificial wheeled motion does not appear in natural world. Among various limbless locomotion types, lateral undulation is the most frequently exerted progression type by nearly all snake species. Figure 1(a) illustrates the tracks of a snake progressing through lateral undulation and in Figure 1(b) shows the discrete lateral reaction forces which propel the whole body. 9 o l<c:^ v J «w J < \ Figure 1: (a) Tracks of a snake moving through lateral undulation, (b) Three different cases with various numbers of simultaneous lateral contacts. Snake locomotion through lateral undulation is based on a continuous interaction of the animal's entire body with its environment. The animal curves its own body so that it could push against (he environment's irregularities. Reaction forces from the so-called push-points constitute together the total propulsive force required for progression in a given direction. Locally, sections of the mobile body slide along the push-points and the resulting global force/torque happens to propel the snake. Highly articulated snake backbone ensures a kind of adaptation to a variety of substrata. Therefore the snake-like locomotion is rather suitable for outdoorapplications in uneven environments where wheeled and/or legged platforms can not operate properly. Within this work two wheel-less snake-like mobile mechanisms, capable of exerting biologically inspired locomotion (Figure 2) are produced. The first prototype has 5 links and 4 joints and the second prototype has 10 links and 9 joints. Each joint on both prototypes has one degree-of-frecdom. Figure 2: Snake-Like Mobile Mechanisms The total gait of the system is constituted by applying some lateral forces to the pegs which are found in the work space of the robot. The lateral components of the reaction forces coming from the pegs balance each other; finally the total propulsive force is generated by the sum of the reaction force components acting along the direction of the gait. Within this work, by using some appropriate techniques, the reaction forces coming from the pegs are acted on the articulated mobile system. First prototype can apply the lateral undulation movement with respect to the pegs which is the most common gait type of natural snakes. It applies lateral forces to the pegs by the help of two different mechanisms. First type is a“drawer”like mechanism which is driven by an eccentric. A DC motor drives the eccentric and the eccentric gives a lateral displacement to the drawer. By the help of this lateral displacement, robot can propel itself if there is a contact with a peg. Second type does not use any special mechanisms for applying lateral forces. If there are contacts with the pegs, by rotating the appropriate joints of the robot at appropriate times, robot can apply lateral forces to the pegs. Since it has more links and shorter link lengths compared to the first prototype, the second prototype can sensitively apply the second type of motion mentioned above. And because of the same reason, the second prototype can also apply a different motion type;“traveling wave motion in the vertical plane”(Figure 3, Figure 4).Figure 3: Motion with respect to the pegs' positions (b) Figure 4: Traveling wave motion By using the tactile sensors on both sides of the robots, the positions of the pegs which are in contact with links may be found. Snakes in nature do not have a special body curvature that they use in all environmental conditions. By having an articulated flexible structure, they can adapt their body shapes to the environments. Within this work, a curve fitting approach is used to adapt the robots to different kinds of scenarios which are determined by different configurations of the pegs. Using this approach, the configuration which the robot should have on the test table in order to generate the reaction forces in correct directions could be determined by an algorithm. Also, the simultaneous angle changes at each joint to make the robot move could be determined. As a result, nine servo motors could be controlled simultaneously and the movement of the whole system could be achieved for different kind of scenarios.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    192306

    Mobil telefon kullanımına bağlı oluşan 900-1800 mhz radyo frekans dalgalarının meydana getirdiği elektromanyetik alanın iliak kanat kemik mineral yoğunluğuna etkisi

    The effect of electromagnetic fields on bone mineral density of iliac bone produced by 900-1800 mhz radio frequency waves dependent on cellular phone usage

    BEŞİR ANDAÇ AKSOY

    Tıpta Uzmanlık

    Türkçe

    Türkçe

    2006

    Ortopedi ve TravmatolojiSüleyman Demirel Üniversitesi

    Ortopedi ve Travmatoloji Ana Bilim Dalı

    PROF.DR. NEVRES HÜRRİYET AYDOĞAN

  2. Tez No

    186174

    Tommaso Campanella ve Thomas More`un ütopyalarının karşılaştırılması

    Comparing Thomas More and Tommaso Campanella`s utopias

    MAHMUT AVCI

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2006

    FelsefeAtatürk Üniversitesi

    Felsefe ve Din Bilimleri Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. OSMAN ELMALI

  3. Tez No

    166860

    3-D grasping during serpentine motion with a snake-like robot

    Yılana benzeyen bir robot ile sürüngen hareketi sırasında üç boyutlu kavramı

    BARIŞ ATAKAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2005

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. AYDAN ERKMEN

  4. Tez No

    117037

    Cumhuriyet Dönemi romanlarında (1923-1950) eğitim sorunları ve öğretmen

    Education problems and teacher in novels of Turkish republic period (1923-1950)

    FATİH HOŞGÖNÜL

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2002

    Eğitim ve ÖğretimDokuz Eylül Üniversitesi

    Ortaöğretim Sosyal Alanlar Eğitimi Ana Bilim Dalı

    Y.DOÇ.DR. HÜSEYİN TUNCER

  5. Tez No

    107574

    Kemik ve yumuşak doku sarkomlu olgularda preoperatif radyoterapi sonuçlarının değerlendiirilmesi

    The evaluation of the results of preoperative radiotherapy with soft tissue and bone sarcomas

    MİHRİBAN ERDOĞAN KOÇAK

    Tıpta Uzmanlık

    Türkçe

    Türkçe

    2001

    Onkolojiİstanbul Üniversitesi

    Radyasyon Onkolojisi Ana Bilim Dalı

    DOÇ.DR. FAZİLET ÖNER DİNÇBAŞ

Geri Dön