Σχεδιασμός και υλοποίηση μηχανικών υποσυστημάτων ουράς και αρθρωτής μέσης του τετράποδου ρομπότ laelaps

Βαλμαντώνης, Νικόλαος; Valmantonis, Nikolaos

dc.contributor.author	Βαλμαντώνης, Νικόλαος	el
dc.contributor.author	Valmantonis, Nikolaos	en
dc.date.accessioned	2016-10-05T07:50:32Z
dc.date.available	2016-10-05T07:50:32Z
dc.date.issued	2016-10-05
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/43740
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.5567
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Συστήματα Αυτοματισμού”	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Τετράποδο ρομπότ	el
dc.subject	Ουρά	el
dc.subject	Αρθρωτή μέση	el
dc.subject	Μηχανικός σχεδιασμός	el
dc.subject	Έλεγχος	el
dc.subject	Quadrupedal robot	en
dc.subject	Tail	en
dc.subject	Articulate spine	en
dc.subject	Mechanical design	en
dc.subject	Control	en
dc.title	Σχεδιασμός και υλοποίηση μηχανικών υποσυστημάτων ουράς και αρθρωτής μέσης του τετράποδου ρομπότ laelaps	el
dc.title	Design and implementation of mechanical subsystems of the tail and the articulated spine of quadrupedal robot laelaps	en
heal.type	masterThesis
heal.classification	Ρομποτική	el
heal.classification	Robotics	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2016-06-23
heal.abstract	Η παρούσα Μεταπτυχιακή Εργασία πραγματεύεται την πορεία που ακολουθήθηκε για τον σχεδιασμό και την υλοποίηση των μηχανικών υποσυστημάτων αρθρωτής μέσης και ουράς για το τετράποδο ρομπότ LAELAPS του ΕΑΕ-ΕΜΠ. Αν και δευτερεύουσας σημασίας για την επιτέλεση των βασικών λειτουργιών του ρομπότ, η ενσωμάτωση των εν λόγω λειτουργικών μονάδων στο ρομπότ αποσκοπούσε όχι μόνοστην απόκτηση τεχνογνωσίας πάνω στον τομέα αυτό αλλά και στην αναμενόμενη συνεισφορά τους προς όφελος του ελέγχου και της επίτευξης υψηλότερων ταχυτήτων. Αρχικώς γίνεται μία σύντομη αναφορά του ρόλου που διαδραματίζει η αρθρωτή μέση στα ζώα δρομείς ως π.χ. κινηματική προέκταση των ποδιών, και παρατίθενται μερικές χαρακτηριστικές ρομποτικές υλοποιήσεις με αρθρωτή μέση. Ομοίως αναλύονται συνοπτικά οι λειτουργίες της ουράς στο ζωϊκό βασίλειο ως π.χ. έλεγχος στάσης σώματος στην φάση πτήσεως και δίδονται αντίστοιχα παραδείγματα ρομποτικών υλοποιήσεων από τον ακαδημαϊκό χώρο. Στην συνέχεια αναλύεται ο σχεδιασμός της αρθρωτής μέσης. Καθορίζονται οι λειτουργικές και κατασκευαστικές προδιαγραφές αυτής καθώς και η βασική γεωμετρία της. Κατόπιν υπολογισμών και δυναμικών προσομοιώσεων ορίζεται ένα σύνολο φορτίσεων σχεδιασμού που αντιστοιχούν σε διάφορα δυσμενή σενάρια καταπόνησης της αρθρωτής μέσης. Η μέση υποδιαιρείται σε επιμέρους δομικές μονάδες που σχεδιάζονται ξεχωριστά και ελέγχεται η αντοχή τους στις φορτίσεις σχεδιασμού. Παράλληλα διερευνώνται τα οφέλη της ενσωμάτωσης υποχωρητικότητας σε συνεργασία με την επενέργηση. Η ενότητα κλείνει με αναφορά σε κατασκευαστικές πτυχές του module της αρθρωτής μέσης. Ακολούθως αναλύεται ο σχεδιασμός της ρομποτικής ουράς όπου τηρείται η ίδια μεθοδολογία σχεδιασμού με αυτήν της αρθρωτής μέσης. Καθορίζονται προδιαγραφές, υπολογίζονται φορτίσεις σχεδιασμού και η ουρά επιμερίζεται σε διαφορετικές λειτουργικές μονάδες που μελετώνται ξεχωριστά. Στα πλαίσια της ενότητας αυτής μελετάται και η επίδραση της θέσης και του προσανατολισμού του ηλεκτρικού επενεργητή στη δυναμική συμπεριφορά της ουράς, καθώς και στρατηγικές για την προστασία της από έντονες φορτίσεις. Η ενότητα κλείνει με στοιχεία για την κατασκευαστική πορεία του συνόλουτης ουράς. Στο τελευταίο τμήμα της εργασίας παρατίθενται πειράματα που πραγματοποιήθηκαν στα φυσικά πρωτότυπα της αρθρωτής μέσης και της ουράς προτού τοποθετηθούν στο ρομπότ. Η εργασία κλείνει με μερικά συμπεράσματα και δίδει το έναυσμα για μελλοντικές αναζητήσεις.	el
heal.abstract	This thesis addresses the taken course of actions towards the design and implementation of the mechanical subsystems dealing with two functional modules of the newly designed quadrupedal robot LAELAPS at CSL-NTUA: the articulated spine and the tail-appendage module. Even though they are ofsecondary importance to the robot’s basic functionality, their incorporation to the design of the aforementioned robot aimed at gaining technical expertise, while investigating their contribution to higher frontal velocities, better controllability and autonomy. At the first part of this work, a brief introduction is given about the beneficial role of the articulated spine in animal runners serving as e.g. kinematic extension of legs. Furthermore, various physical implementations throughout the academic milieuare been referenced.Followed by an analysis of the functions of tail in nature, such as pose control during flight phases, the section closes with well-known robotic platforms equipped with appendage mechanisms. The second part of this work focuses on the mechanical design of the articulated spine. Functional and manufacturing design guidelines are determined as well as the basic geometry of the apparatus. After conducting analysis and dynamic simulations, a set of designing loads corresponding to different worse case scenarios have been estimated. The problem of spine is then divided to the basic functional blocks, each one of them designed and tested separately. Moreover the benefits of using elastic spring elements at different topologies with electrical actuation is thoroughly investigated. The section closes with references to manufacturing data of the physical module of robotic spine. In the third part, the appendage module follows the same designing methodology with spine module. Guidelines are set, design loads are selected and basic subsystems are separately developed. Furthermore, an analysis onhow the installation position and orientation of electric motor affects the dynamic performance of tail is conducted. Also, control strategies are proposed for further protection from tail impacts with mechanical limiters. The section closes with references to manufacturing data of the physical module of robotic tail. In the latter part of this work, the physical prototypes of tail and spine are tested for the first time. Spring constants of the spine’s compliant mechanism are verified, whereas trajectory planning experiments with the mounted rigidly tail are performed. Finally, the conclusions of this study are drawn giving stimuli for future research endeavors.	en
heal.advisorName	Παπαδόπουλος, Ευάγγελος	el
heal.committeeMemberName	Αντωνιάδης, Ιωάννης	el
heal.committeeMemberName	Κυριακόπουλος, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Παπαδόπουλος, Ευάγγελος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	229 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true