A bioinspired conceptual design methodology for biorobots

Bu tezin ana amacı biyorobot tasarımlarına yönelik olarak Biyoesinlenmiş Kavramsal Tasarım (BİKT) metodolojisi geliştirmektir. Tez kapsamında, varolan Biyobenzetim Tasarım (BİT) yaklaşımlara ve sistematik mühendislik tasarım adımlarına dayanarak yeni bir BİKT prosedürü geliştirilmiştir. Geliştirilen prosedür, köpek biyorobotu (BioDog) üzerinde yürüme ve tırısa gitme, hamamböceği biyorobotu (BioCoc) üzerinde tırmanma, sıçrama (çekirge) biyorobotu üzerinde zıplama ve melez (köpek- ıstakoz) biyorobotu üzerinde yürüme hareketleri için uygulanmıştır. Örnek çalışmalardan elde edilen geri bildirimler kullanılarak bir BİKT süreci oluşturulmuştur. Hedeflenen BİKT metodolojisini oluşturmak için geliştirilen BİKT süreci, Klasik Ayrık Olay Sistem Spesifikasyonu (AOSS) modeli ile modellenmiştir.Önerilen BİKT metodolojisi, açık ve tam olarak tanımlanmış altı adım ile müşteri ihtiyaçlarını biyorobotun kavramsal tasarımına dönüştürmektedir. Varolan BİT'lerin eksik olan taraflarının giderilmesi amacı ile biyolojik sistem analizi ve biyobenzetim dönüşüm tasarım adımları bu tez çalışması kapsamında detaylı olarak incelenmiştir.Tez çalışmaları sırasında BİKT metodolojisinin tüm adımları tam olarak her ne kadar dört örnek çalışma üzerinde uygulanmış olsa da, on dört farklı biyolojik sistem ve yirmi dört hareket tipi içerik analizi yöntemi ve/veya gözlem yöntemi kullanılarak incelenmiştir. İçerik analizi için literatür taraması yapılmış, biyolojik sistemlerin gözlemlenmesi için ise bir deney düzeneği kurulmuştur. Deneyler sırasında biyolojik sistemlerin morfoloji, işlev ve davranışları hakkında gerekli bilgiyi edinmek için hızlı kamera kullanılmıştır. Biyobenzetim dönüşüm adımında, biyolojik sistem hakkındaki bu bilgi sistematik olarak biyorobotun kavramsal tasarımı için gerekli olan biyorobot hakkındaki bilgiye dönüştürülmektedir. The main aim of this thesis is to develop a Bioinspired Conceptual Design (BICD) methodology for design of biorobots. Within the context of the dissertation, a novel BICD procedure has been developed based on existing BID approaches and systematic engineering design steps. This procedure is applied on several case studies, namely a dog biorobot (BioDog) for walking and trotting, a cockroach biorobot (BioCoc) for climbing, a jumping (grasshopper) biorobot for jumping and a hybrid (dog and lobster) biorobot for walking. A BICD process has been developed using the implementation results. Classic DEVS (Discrete Event System Specification) coupled model is used to formally represent the BICD process in order to develop a BICD methodology.The proposed BICD methodology transforms customer needs into a concept design of biorobot with clear and well-defined six design steps. In order to overcome the drawbacks of existing BIDs, the biological system analysis and the bioinspired transformation design steps have been considered in detail.In this thesis, although four case studies have been implemented to demonstrate the BICD methodology, fourteen biological systems and twenty four locomotion types are investigated by using content analysis and/or observation methods. The literature survey has been used for the content analysis method, while an experimental set-up is used to analyze the biological systems for the observation method. Required knowledge on morphology, function and behavior of biological systems are obtained using a high speed camera. During the bioinspired transformation step, the knowledge about the biological system has been transformed systematically into knowledge about the biorobots and this knowledge is used to develop the concept design of biorobots. 180