Walking trajectory generation & control of the humanoid robot: suralp

In recent years, the operational area of the robots started to extend and new functionalities are planned for them in our daily environments. As the human-robot interaction is being improved, the robots can provide support in elderly care, human assistance, rescue, hospital attendance and many other areas. With this motivation, an intensive research is focused around humanoid robotics in the last four decades. However, due to the nonlinear dynamics of the robot and high number of degrees of freedom, the robust balance of the bipedal walk is a challenging task. Smooth trajectory generation and online compensation methods are necessary to achieve a stable walk. In this thesis, Cartesian foot position references are generated as periodic functions with respect to a body-fixed coordinate frame. The online adjustment of these parameterized trajectories provides an opportunity in tuning the walking parameters without stopping the robot. The major contribution of this thesis in the context of trajectory generation is the smoothening of the foot trajectories and the introduction of ground push motion in the vertical direction. This pushing motion provided a dramatic improvement in the stability of the walking. Even though smooth foot reference trajectories are generated using the parameter based functions, the realization of a dynamically stable walk and maintenance of the robot balance requires walking control algorithms. This thesis introduces various control techniques to cope with disturbances or unevenness of the walking environment and compensate the mismatches between the planned and the actual walking based on sensory feedback. Moreover, an automatic homing procedure is proposed for the adjustment of the initial posture before the walking experiments. The presented control algorithms include ZMP regulation, foot orientation control, trunk orientation control, foot pitch torque difference compensation, body pitch angle correction, ground impact compensation and early landing modification. The effectiveness of the proposed trajectory generation and walking control algorithms is tested on the humanoid robot SURALP and a stable walk is achieved

Trajectory generation with natural ZMP references for the biped walking robot SURALP

Bipedal locomotion has good obstacle avoidance properties. A robot with human appearance has advantages in human-robot communication. However, walking control is difficult due to the complex robot dynamics involved. Stable reference generation is significant in walking control. The Linear Inverted Pendulum Model (LIPM) and the Zero Moment Point (ZMP) criterion are applied in a number of studies for stable walking reference generation of biped robots. This is the main route of reference generation in this paper too. We employ a natural and continuous ZMP reference trajectory for a stable and human-like walk. The ZMP reference trajectories move forward under the sole of the support foot when the robot body is supported by a single leg. Robot center of mass (CoM) trajectory is obtained from predefined ZMP reference trajectories by Fourier series approximation. We reported simulation results with this algorithm in our previous works. This paper presents the first experimental results. Also the use of a ground push phase before foot take-offs reported in our previous works is tested first time together with our ZMP based reference trajectory. The reference generation strategy is tested via walking experiments on the 29 degrees-of-freedom (DOF) human sized full body humanoid robot SURALP (Sabanci University Robotics Research Laboratory Platform). Experiments indicate that the proposed reference trajectory generation technique is successful

Yay şekilli tek ayak destek SMN yörüngeleri ile insansı robot yürüme referansı sentezi

Son kırk yıldır, insansı robotlar arastırmacıların ilgisini çekmektedir. Kararsız dinamiğinden ötürü, insansı robot kontrolü zor bir görevdir. Bu zorluğa neden olan ana problemlerden biri, yürüme referansı yörüngesinin elde edilmesidir. Bu alanda, Doğrusal Ters Sarkaç Modeli (DTSM, Linear Inverted Pendulum Model) olarak bilinen referans elde etme yöntemine rastlanmaktadır. Đki ayaklı robot yürüyüsünde sıkça kullanılan kararlılık analizi olan, DTSM’ye bağlı referans elde etmenin gelistirilmis sekli, Sıfır Moment Noktası (SMN, Zero Moment Point) ölçütü uygulanarak elde edilir. Genellikle, yürüyüs sırasında SMN referansı, destek ayağının tabanı ortasında sabitlenmis olarak düsünülmektedir. İnsan yürüyüsünde ise SMN sabit kalmayıp, aksine destek ayağının altında hareket halinde olduğu için bu tür referans elde etme düsüncesi doğallıktan yoksundur. Bu bildiri, yürüyüs doğrultusuna dik ve paralel doğrultularda hareket eden tek ayak destek SMN referansları ile yürüyüs referansı elde edilmesini sunmaktadır. 12 serbestlik derecesine sahip iki ayaklı bir robot modelinin 3-boyutlu dinamik benzetimlerinde, ters kinematik tabanlı bağımsız eklem konum kontrolörü kullanılmıstır. Benzetim sonuçları, hareketli SMN referanslarının daha basarılı bir yürüyüs sağladığını göstermektedir

Yay Sekilli Tek Ayak Destek SMN Yörüngeleri ile İnsansı Robot Yürüme Referansı Sentezi

Son kırk yıldır, insansı robotlar arastırmacıların ilgisini çekmektedir. Kararsız dinamiğinden ötürü, insansı robot kontrolü zor bir görevdir. Bu zorluğa neden olan ana problemlerden biri, yürüme referansı yörüngesinin elde edilmesidir. Bu alanda, Doğrusal Ters Sarkaç Modeli (DTSM, Linear Inverted Pendulum Model) olarak bilinen referans elde etme yöntemine rastlanmaktadır. Đki ayaklı robot yürüyüsünde sıkça kullanılan kararlılık analizi olan, DTSM’ye bağlı referans elde etmenin gelistirilmis sekli, Sıfır Moment Noktası (SMN, Zero Moment Point) ölçütü uygulanarak elde edilir. Genellikle, yürüyüs sırasında SMN referansı, destek ayağının tabanı ortasında sabitlenmis olarak düsünülmektedir. İnsan yürüyüsünde ise SMN sabit kalmayıp, aksine destek ayağının altında hareket halinde olduğu için bu tür referans elde etme düsüncesi doğallıktan yoksundur. Bu bildiri, yürüyüs doğrultusuna dik ve paralel doğrultularda hareket eden tek ayak destek SMN referansları ile yürüyüs referansı elde edilmesini sunmaktadır. 12 serbestlik derecesine sahip iki ayaklı bir robot modelinin 3-boyutlu dinamik benzetimlerinde, ters kinematik tabanlı bağımsız eklem konum kontrolörü kullanılmıstır. Benzetim sonuçları, hareketli SMN referanslarının daha basarılı bir yürüyüs sağladığını göstermektedir

Ters sarkaç modeli ve salınan bacak telafisi ile oluşturulan yürüyen robot referans yörüngeleri

İki bacaklı yürüyen robotlarda referans yörüngesi olusturulması çok önemli bir problemdir. Referans yörüngesi olusturulmasını kolaylastıran Doğrusal Ters Sarkaç Modeli (DTSM) literatürde yaygın bir sekilde kullanılmaktadır. Buna ek olarak Sıfır Moment Noktası (SMN) ölçütü de kararlı referans olusturulmasında kullanılmaktadır. Ancak, DTSM tabanlı yörünge olusturma yöntemleri salınan bacak dinamiğini ihmal etmektedir. Bu durum özellikle bacaklar ağır olduğunda kararlılık açısından bir sorun teskil etmektedir. Bu bildiri, robotun gövdesinin ve salınan bacağın dinamiklerini içeren, iki noktasal ağırlıklı bir DTSM kullanmakta ve bu modeli besinci dereceden durum-uzayı denklemleri ile tanımlamaktadır. Gövde ağırlık merkezi (GAM) referans yörüngesi, önceden belirlenmis ayak merkezi ve SMN referansları kullanılarak elde edilmistir. Yürüme hareketinin sağlanması amacıyla ters kinematik tabanlı bir konum kontrolü uygulanmıstır. Tek noktasal ağırlıklı ve iki noktasal ağırlıklı Doğrusal Ters Sarkaç Modellerinin yürüyüs performansları 12 serbestlik dereceli ve iki bacaklı bir yürüyen robotun üç boyutlu tam dinamik benzetimi yardımıyla karsılastırılmıstır. Sonuçlar, robotun yürüyüs kararlılığı açısından iki noktasal yüklü modelin daha olumlu sonuçlar verdiğini göstermektedir

Ters Sarkaç Modeli ve Salınan Bacak Telafisi ile Olusturulan Yürüyen Robot Referans Yörüngeleri

Đki bacaklı yürüyen robotlarda referans yörüngesi olusturulması çok önemli bir problemdir. Referans yörüngesi olusturulmasını kolaylastıran Doğrusal Ters Sarkaç Modeli (DTSM) literatürde yaygın bir sekilde kullanılmaktadır. Buna ek olarak Sıfır Moment Noktası (SMN) ölçütü de kararlı referans olusturulmasında kullanılmaktadır. Ancak, DTSM tabanlı yörünge olusturma yöntemleri salınan bacak dinamiğini ihmal etmektedir. Bu durum özellikle bacaklar ağır olduğunda kararlılık açısından bir sorun teskil etmektedir. Bu bildiri, robotun gövdesinin ve salınan bacağın dinamiklerini içeren, iki noktasal ağırlıklı bir DTSM kullanmakta ve bu modeli besinci dereceden durum-uzayı denklemleri ile tanımlamaktadır. Gövde ağırlık merkezi (GAM) referans yörüngesi, önceden belirlenmis ayak merkezi ve SMN referansları kullanılarak elde edilmistir. Yürüme hareketinin sağlanması amacıyla ters kinematik tabanlı bir konum kontrolü uygulanmıstır. Tek noktasal ağırlıklı ve iki noktasal ağırlıklı Doğrusal Ters Sarkaç Modellerinin yürüyüs performansları 12 serbestlik dereceli ve iki bacaklı bir yürüyen robotun üç boyutlu tam dinamik benzetimi yardımıyla karsılastırılmıstır. Sonuçlar, robotun yürüyüs kararlılığı açısından iki noktasal yüklü modelin daha olumlu sonuçlar verdiğini göstermektedir

İnsansı robot SURALP için sıfır moment noktası tabanlı referans sentezi ile eğimi değişen yüzeylerde yürüme kontrolü

Bir robotun insan gibi iki bacak üzerinde yürümesi ona insanların yaşama ve çalışma ortamlarında karşılaşılan engellerden sakınabilme özelliği sağlayacaktır. İnsan şeklindeki bir robotun insanlar tarafından sosyal bir varlık olarak algılanmasının ve insanlarla işbirliğinde bulunmasının diğer şekildeki robotlara göre daha kolay olacağı düşünülmektedir. Bu görüşler özellikle son 15 yılda insansı robot araştırmalarına ivme kazanmıştır. Bununla birlikte bir insansı robotun çok sayıdaki serbestlik derecesi ve doğrusal olmayan girift dinamiği yürüme kontrolü açısından ciddi zorluklar teşkil etmektedir. Eğimi değişen yüzeyler bu kontrol problemini daha da güçleştirmektedir. İki bacaklı robot hareket kontrolünde kararlı bir yürüme referansının sentezi en az geri beslemeli denge yöntemleri kadar önem taşımaktadır. Doğrusal Ters Sarkaç Modeli (DTSM) ve Sıfır Moment Noktası (SMN) kararlılık kriterine dayanan referans sentezi yöntemlerine literatürde rastlanmaktadır. Sabancı Universitesi İnsansı Robotu SURALP için de DTSM ve SMN tabanlı bir referans sentezi yöntemi geliştirilmiş ve bu yöntemle düz zemin üzerinde elde edilen yürüme deney sonuçları yazarların daha önceki yayınlarında sunulmuştur. Bu bildiri daha önce tasarlanan referans sentez yöntemini özetlemekte ve eğimli yüzeyler üzerinde yürümeye yönelik bir kontrol yöntemini sunmaktadır. SURALP ile daha önce yapılan çalışmalardan farklı olarak eğimi değişen yüzeyler üzerinde yürüme testleri yapılmış, referans sentezi ve kontrol yöntemlerinin bu yüzeyler üzerinde yürümedeki başarımı deneysel olarak incelenmiştir

SURALP-L – İnsansı Robot Platformu Bacak Modülü

SURALP, Sabancı Üniversitesi laboratuvarlarında tasarlanmıs ve imal edilmekte olan yeni bir insansı robot platformudur. Đmalatı tamamlandığında; bacaklarında, kollarında, boynunda ve gövdesinde toplamda 30 serbestlik derecesine sahip olması planlanmaktadır. Su ana kadar bu robotun bacak modülü olan, 12 serbestlik derecesine sahip SURALP-L’nin üretimi tamamlanmıstır. Bu bildiri, bacak modülünün ve tüm robotun tasarım esaslarını anlatmaktadır. Mekanik tasarım, tahrik mekanizmaları, algılayıcılar, kontrol donanımı ve algoritmaları ele alınmıstır. Tahrik sistemleri, DC motorlara bağlanmıs kayıs kasnak mekanizmaları ve Harmonic Drive redüktör ünitelerini içermektedir. Algılama sistemi, eklem motor kodlayıcıları, kuvvet/moment algılayıcıları ve atalet algılayıcılarından olusmaktadır. Kontrol sisteminin ana kısmını, dSpace sayısal sinyal isleme modülü olusturmaktadır. Robotun kararlı yürüyüsünü sağlamak amacıyla yumusak yürüyüs referansları kullanılmıstır. Zemin darbe telafisi, erken basma referans yörüngesi iyilestirmesi, ayak yönelim kontrolü ve bağımsız eklem konum kontrolü kullanılan ana kontrol algoritmalarıdır. Bacak modülüyle elde edilen deney sonuçları bildirinin son bölümünde sunulmustur

Single-center Experiences of Ovarian Sex Cord Stromal Tumors

Objective:The aim of this study is to examine the sex cord stromal tumors of the ovary operated in our clinic in the last 4 years and to contribute to the literature on this rare tumor.Method:The clinical and laboratory findings of 34 patients with pathological diagnosis of ovarian sex cord stromal tumor, who were operated in our obstetrics and gynecology clinic between 2016 and 2020, were evaluated retrospectively. Pathological diagnoses were classified and other accompanying pathologies and complaints were evaluated for each type.Results:Ovarian sex cord stromal tumors usually attract attention with the peripheral effects of the hormones produced by the tumor tissue. They rarely come to very large sizes. They are mostly benign. When the hormone estrogen is produced, accompanying endometrial pathologies should not be overlooked. Hormonal complaints in patients improve dramatically after surgery both clinically and laboratory. Oncological follow-up is required following diagnosis in some malignant types.Conclusion:If ovarian sex cord stromal tumor is suspected, preoperative blood androgen levels, inhibin A, and alpha feto protein (AFP) should be evaluated. In addition, ultrasonographic and, if necessary, endometrial histopathological evaluations are important for patient follow-up as well as diagnosis. The patient's fertility desire and age should be considered during treatment

Moving single support ZMP trajectories for humanoid robot walking reference generation

Humanoid walking robots are expected to assist us in the future. This will require stable and reliable bipedal walk. The control of the hard-to-stabilize bipedal structure requires suitable walking references. The Zero Moment Point (ZMP) criterion is commonly used as a measure of stability of the walk. A stable walking reference can be generated in such a way that the Zero Moment Point stays always within the supporting polygon defined by the robot feet. In many approaches the ZMP reference is kept fixed under the supporting foot. However, it is found experimentally that during natural human walk, the Zero Moment Point moves forward under the feet. This paper presents a reference generation method based on ZMP criterion and natural walking. A stabilizing controller is developed. The walking performance with the fixed and forward moving ZMP references are compared with the model of a 12 DOF biped robot