Otonom mobil robotun hız sabitleyici tasarımı
Automatic mobile robot's cruise control design
Yazar: MUHARREM ATEŞ
Danışman: DOÇ. DR. MAHİT GÜNEŞ
Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Bu çalışmada, kablosuz olarak uzaktan konum ve hız kontrolü ile hız sabitleme yapabilen, enerji ihtiyacını kendi kendine karşılayan gerekli donanımlara sahip bir mobil robot kontrolörü tasarlanmıştır. Mobil robotun hız kontrolü için çeşitli kontrol yöntemleri incelenerek ve en uygun kontrol yöntemi belirlenerek hızlı çalışan, ortamın olumsuzluklarından etkilenmeyen PID ve Kalman filtresi birleştirilerek gerçekleştirilmiş, konum kontrolü ise mobil robot üzerindeki mikro denetleyici de geliştirilen yazılım ve robot üzerinde tasarlanan donanımlarla yapılmıştır. Danışman hocamızın doktora tezinde tasarladığı MBR-01 isimli mobil robotun elektronik ve mekanik sistemi yenilenmiştir. Yenilenen Mobil robot, 1Mbps hızına sahip kablosuz haberleşme birimleri ile yine tasarımı bize ait kumandadan kontrol edilebilmekte, 5945mhz veri sıklığı ile görüntü ileten ve alan analog ses ve video aktarıcılarına bağlı 540 TVL çözünürlükte RC kamera ile yol görüntüsü kumanda üzerindeki TFT ekrandan izlenebilmektedir.Kumanda üzerindeki buton ile belirlenen referans hız ile mobil robot üzerindeki optik enkoderden alınan devir sayısı ölçeklendikten sonra elde edilen gerçek hız, referans hızdan çıkartılarak hata ve hata değişimi olarak PID ve Kalman Filtresi uygulanmaktadır.
Mobil robotun konum kontrolü için servo motor kullanılmış ve bu motor Kontrol kartı ve kart içindeki tarafımızdan geliştirilen yazılımla kontrol edilmektedir. Direksiyonun açısı kumanda üzerine konumlandırılan joystick ile belirlenmekte ve bu bilgi kontrol kartları arası kablosuz haberleşmeden robota iletilmekte ve robotun konum kontrolü anlık olarak yapılabilmektedir. Mobil robotun ileri ve geri yönlü hareketi yine kumanda üzerine konumlandırılan joystick aracılığı ile 0-6,7 km/s aralığında yapılabilmektedir.
Hız sabitleyici için mobil robot üzerine bir adet DC motor konulmuş ve bu motorun devrini harekete çevirecek dişli ve diferansiyel sistemi tasarlanmıştır. Optik enkoder yardımı ile ölçülen hız kumanda üzerine yerleştirilen hız göstergesinde görülebilmekte ve kumanda üzerindeki buton yardımı ile hız sabitleyici devreye alınmakta veya devreden çıkarılabilmektedir. Tüm sistem robot ve kumanda üzerine yerleştirilen kontrol kartları ve bunlara yazılan yazılımla kontrol edilmektedir.
Mobil robot joystick ile hareket ettirilir ve belli bir hıza ulaştıktan sonra kumanda üzerindeki buton ile hız sabitleyici devreye alınır. Bu aşamadan sonra hızı belirleyen joystick devre dışı kalır ve robot o anki hızı sabitleyerek hareketine devam eder. Yine kumanda üzerindeki buton vasıtasıyla hız sabitleyici devreden çıkarılır ve kontrol joystick üzerine alınır. Tasarlanan bu yapı günlük hayatta kullandığımız motorlu araçlardaki hız sabitleyici sisteminin bir benzeridir. Robot üzerindeki mesafe sensörü ile araç önünde sabit veya hareket eden cisimler algılanmakta ve hız sabitleyici sabit cisim için devreden çıkarak robot durmaktadır. Hareketli cisim için ise yaklaşma mesafesi korunarak hareketine devam etmektedir.
Mobil robotların hareket kontrolü için birçok yöntem mevcuttur. Fakat en doğru kontrol yöntemini uygulamak gerekir. Bu proje ile mobil robotlarda hız sabitleyici tasarımı yapılarak günümüzde kullanım alanları giderek artan mobil robot teknolojisinin geliştirilmesine katkı sağlamak amaçlanmıştır.
Belli bir yörüngede ya da serbest bir alanda hareket eden robotun kontrolünün kablosuz olarak yapılması ve hızının istenilen bir hıza sabitlenmesi ve gerektiğinde sabit hızdan değişken hızlara ayarlanabilmesi bu alanda yapılacak çalışmalara yardımcı olacaktır.
Mobil robot kablosuz olarak kontrol edilebildiğinden hız sabitlemesi kumanda üzerinden uzaktan set edilebilmektedir. Mobil robotun hız sabitleyicisi PID ve Kalman Filtresi kullanılarak oldukça başarılı bir kontrol sistemi gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
In this work a mobile robot is designed which can fasten the speed with wireless location and speed control,and it has self-fulfilling energy requirement.For speed control of the mobile robot, by examining various control methods and determining the most appropriate one,fast-running unaffected by the negativity of the environment PID and Kalman filter are combined and position control is done with micro controller software on the mobile robot and hardware designed on the robot. Named MBR-01 the mobile robot disegned at our consultant teacher olso electronic and mechanic system renewed. Renewed Mobile Robot with the wireless communication units having a speed of 1 mbps, can be controlled with our self-designed command,5945mhz data rate with image transmit and receive connected to analogue audio and video transmitters 540TVL resolution with the RC camera the road display can be viewed from the TFT display on the remote control. PID and Kalman Filter are applied as error and error change by subtracting the actual speed reference speed obtained after scaling the number of revolutions taken from the optical endoker on the mobile robot with the reference speed determined by the button on the controller.
A servo motor is used for position control of Mobile Robot and this motor is controlled by the card and the software developed by us in the control card.The angle of the steering is determined by the joystick positioned on the controller, and the robot is transmitted from the wireless communication between these information control boards and the position control of the robot can be made instantaneously. The forward and backward movements of the mobile robot can also be performed in the range of 0-6,7 km / s via the joystick positioned on the control.
One DC motor is mounted on the mobile robot for the cruise control, and the gear and differential system that translates the motion of this motor is designed. The speed measured with the help of the optical encoder can be seen at the speed indicator placed on the control and the speed stabilizer can be activated or deactivated with the help of the button on the control. The whole system is controlled by the control cards placed on the robot and the controller and the software written on them.
Mobile Robot is moved with the button on the joystick and the cruise control is switched on after reaching a certain speed. After this step, the joystick that determines the speed is disabled and the robot continues its motion by setting the current speed. With the button on the remote control again, the cruise control is deactivated and the control is placed on the joystick. The designed structure is similar to the cruise control system in motor vehicles we use in daily life. With the distance sensor on the robot, the fixed or moving objects are detected in front of the vehicle and the robot is stopped by switching off for the cruise control stationary object. For a moving object, the approach distance is maintained and motion continues.
There are many methods for motion control of mobile robots. But the most accurate control method should be applied. With this project, it was aimed to contribute to the development of mobile robot technology which is increasingly used today by designing speed stabilizer in mobile robots.
Because the mobile robot can be controlled wirelessly, cruise control can be set with remote controlled. Cruise control of mobile robot has been achieved by using PID and Kalman filter.