Bir insansız hava aracı için dinamik ortamlarda yol planlaması
Path planning for an unmanned aerial vehicle in dynamic environments
Yazar: DEMET CANPOLAT TOSUN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ YASEMİN IŞIK
Eskişehir Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Havacılık Elektrik ve Elektroniği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Havacılık Mühendisliği = Aeronautical Engineering

Özet:
İnsansız Hava Araçları (İHA) birçok otonom uygulamayı gerçekleştirecek geniş bir
potansiyele sahiptir. Otonom uygulamalar düşünüldüğünde, hava aracının bir noktadan
başka bir noktaya giderken en temel gerekliliklerinden biri kesinlikle güvenilir bir
engelden sakınma mekanizmasıdır.
Bu tez çalışmasında, dört motorlu bir insansız hava aracı modeli için, bir başlangıç
noktasından hedef noktasına, statik ve dinamik engellerin bulunduğu bir ortamda yol
planı yapılmıştır. Engel tespitinde lazer mesafe algılayıcı kullanılmıştır. Engelden
sakınma ve yol planı oluştururken, hava aracının hem hedefe en kısa yoldan hem de statik
ve dinamik engellerden sakınarak ulaşmasını sağlamak amacı ile, ortam bilgisinin mevcut
olduğu global bir yol planlama yöntemi olan A* ve sadece sensör verisine göre kısıtlı bir
bölgede çalışabilen VFH+ algoritması birlikte kullanılmıştır.
Tez kapsamında incelenen problem için, donanım ve yazılım araçlarının bir araya
getirilmesinde kolaylık sağlayan Robot İşletim Sistemi (Robot Operating System-ROS)
kullanılmıştır. Algoritmanın testleri, ROS ile entegre çalışabilen Gazebo simülatöründe
gerçekleştirilmiştir. MATLAB'te yazılan algoritma kodları ROS Toolbox vasıtası ile
Gazebo ortamındaki hava aracında test edilmiştir.
Farklı statik ve dinamik ortamlarda algoritmanın işleyişi değerlendirilmiştir. ROS
platformunda yer alan, yer robotlarının navigasyonu için oluşturulmuş algoritmalar
(Navigasyon Yığınları) ile kıyaslandığında, önerilen yöntemin yol planının uygulama hızı
açısından başarımının yüksek olduğu görülmüştür.

Abstract:
Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) have wide potential to carry out many
autonomous applications. Considering autonomous applications, one of the most basic
requirements of an aerial vehicle when travelling from one point to another is absolutely
a reliable obstacle avoidance mechanism.
In this thesis, a path plan is designed for a quadrotor model, from a starting point to
a target point in an environment with static and dynamic obstacles. A laser distance sensor
is used to detect obstacles. While building a path plan with obstacle avoidance, A* and
VFH+ are used together to ensure that the aerial vehicle reaches the target both by the
shortest path and by avoiding static and dynamic obstacles. A* is a global path planning
method where environmental information is available, while the VFH+ algorithm can
only work in a local area according to sensor data.
The Robot Operating System (ROS), which provides convenience in combining
hardware and software tools, is used for the problem examined within the scope of the
thesis. The tests of the algorithm are carried out in Gazebo simulator, which can work
integrated with ROS. Algorithm codes written in Matlab are tested in the aerial vehicle
in Gazebo environment using ROS Toolbox.
The operation of the algorithm in different static and dynamic environments is
evaluated. Compared to the algorithms built for the navigation of mobile robots
(Navigation Stacks) on the ROS platform, the proposed method is successful in terms of
the speed of implementation of the path plan.