Design, development, and real-life implementation of a high power quadruped robot

Abstract

This thesis presents the design, development, and experimental test of a quadruped with high power-to-weight ratio. In this thesis, three design processes are studied, namely, actuator design, leg mechanism design and torso design.The robot is required to be lightweight and traverse relatively fast without payload. Initially, the dynamic model of the robot was built, and a design optimization study for weight minimization was conducted in accordance with the loading results obtained from simulation studies. In order to obtain enhanced locomotion capabilities, custom actuator units with a high power-to-weight ratio were developed and deployed at the robot joints. With these actuators, the position control method was applied to the robot to control the motion. Moreover, the FEM model of the robot was built, and a design optimization study for weight minimization was conducted in accordance with the loading results obtained from simulation studies. As the main result, two prototypes were built, and quadruped gait experiments were conducted.

Bu tez, yüksek güç-ağırlık oranına sahip dört bacaklı robotun tasarımını, geliştirilmesini ve deneysel testini açıklamaktadır. Bu tezde, eyleyici tasarımı, bacak mekanizması tasarımı ve gövde tasarımı olmak üzere üç tasarım süreci incelenmiştir. Robotun hafif olması ve yük olmadan nispeten hızlı hareket etmesi gerekmektedir. Öncelikle robotun dinamik modeli oluşturulmuş ve buna bağlı simülasyon çalışmalarından elde edilen yükleme sonuçlarına göre ağırlık minimizasyonu için tasarım optimizasyon çalışması yapılmıştır. Gelişmiş hareket kabiliyeti elde etmek için, yüksek güç-ağırlık oranına sahip özel eyleyici üniteleri geliştirilmiştir ve robot eklemlerine yerleştirilmiştir. Bu eyleyiciler ile hareketin kontrol edilmesi için robota pozisyon kontrol yöntemi uygulanmıştır. Ayrıca robotun Sonlu Elemanlar modeli oluşturulmuş ve simülasyon çalışmalarından elde edilen yükleme sonuçlarına göre ağırlık minimizasyonu için tasarım optimizasyon çalışması yapılmıştır. Sonuç olarak, iki prototip inşa edilmiştir ve yürüyüş deneyleri yapılmıştır.