Angular motion estimation and its application to the stabilization of a ballbot
Açısal hareket kestirimi ve bir ballbotun stabilizasyonunda kullanımı
- Tez No: 444556
- Danışmanlar: PROF. DR. MUSTAFA ÜNEL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mekatronik Mühendisliği, Mechatronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Dinamik dengeleme, Gürbüz denetim, Hareket denetimi, Hareket sensörleri, Hareket tahmini, Hareketli robotlar, Kalman filtre, Dynamic balancing, Robust control, Motion control, Motion sensors, Motion estimation, Mobile robots, Kalman filter
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Güvenilir açısal hareket kestirimi, sensör teknolojilerindeki dikkate değer gelişmeler ve robotik platformların stabilizasyonu gibi birçok kontrol uygulamasındaki ihtiyaçlardan dolayı son yıllarda ciddi ilgi toplamıştır.Bu tezde, ataletsel ölçüm birimi (AÖB) ölçümlerinin füzyonu ile Euler açılarını,hızlarını ve ivmelerini içeren güvenilir açısal hareket kesitirimi için, genişletilmiş bir Kalman filtresi (GKF) ve klasik bir Kalman filtresinin (KF) bir usta-yamak biçiminde bütünleştirildiği özgünn bir usta-yamak Kalman filtresi sunulmuştur. Kestirilen açısal hareket sinyalleri, üç adet her yöne hareket edebilen çarklar ile sürülen tek bir küresel tekerlekli seyyar bir platform olan ballbotun dengeleme ve konumlama kontrolünde geribildirim olarak kullanılmıştır. Kestirim ve kontrol algoritmalarını uygulamak için deneysel bir ballbot sistemi tasarlanıp üretilmiştir. Ayrıca, ballbotun doğrusal olmayan dinamik modeli Euler-Lagrange formülasyonu kullanılarak türetilmiştir ve dengeleme ve konumlama kontrolcüleri tasarlanmıştır. Kontrolcülerin gürbüzlüğü, sisteme yüksek sertlik sağlamak için ivme geribildirimi ile güçlendirilmiş iç içe geçmiş kontrol döngülerinin kullanımı ile sağlanmıştır. Önerilen füzyon ve kontrol algoritmalarının etkinliği benzetim ve deneylerle onaylanmış olup, konvensiyonel PD kontrolörü ile performans karşılaştırması da yapılmıştır.
Özet (Çeviri)
Reliable angular motion estimation have received significant attention in recent years due to remarkable advances in sensor technologies and related requirements in many control applications including stabilization of robotic platforms. The goal of the stabilization control is to maintain the desired orientation by rejecting external disturbances. In this thesis, a novel master-slave Kalman filter is proposed where an extended Kalman filter (EKF) and a classical Kalman filter (KF) are integrated in a masterslave configuration to estimate reliable angular motion signals including Euler angles, rates and accelerations by fusing measurements of an inertial measurement unit (IMU). Estimated angular motion signals are used as feedback in both balancing and position control of a ballbot, which is a single spherical wheeled mobile platform driven with three omniwheels. An experimental ballbot system is designed and constructed for implementing estimation and control algorithms. Furthermore, nonlinear dynamical model of the ballbot is derived using Euler-Lagrange formulation, and balancing and position controllers are designed. Robustness of the controllers is achieved by employing cascaded control loops enhanced with acceleration feedback (AFB) to provide higher stiffness to the system. Effectiveness of the proposed fusion and control algorithms are validated by several simulations and experiments where performance comparison with a conventional PD controller is also made.
Benzer Tezler
- Lineer olmayan yalpa hareketinin sistematik duyarlılık analizi
Systematic sensibility analysis of the nonlinear roll motion
ZAFER ATAR
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİM YILDIZ
- Comparison of quaternion-based orientation estimation methods using 9-dof marg sensors
Dokuz serbestlik dereceli marg sensörleri kullanılarak dördey tabanlı yönelim kestirim yöntemlerinin karşılaştırılması
BURAK TANTAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAKAN TEMELTAŞ
- Navigasyon hassasiyetini arttırmak için ataletsel ölçüm birimine tamamlayıcı filtre uygulanması
Implementation of complementary filter to inertial measurement unit to increase navigation sensitivity
MEHMET EMİN OKUDAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ İSMAİL BAYEZİT
- Asenkron motorlar için algılayıcısız akı gözlemleyicisi ve kontrolü
Sensorless flux observer and controller for asynchronous motors
COŞKUN ŞAHİN
Doktora
Türkçe
1997
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. METİN GÖKAŞAN
- Vektör kontrollü yöntemi ile denetime yönelik bir asenkron makina modeli
An Induction machine model for vector control methods
CEM TOLGA DURAK
Yüksek Lisans
Türkçe
1995
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. ATİLLA BİR