Klasik yol planlama algoritmalarının senteziyle oluşturulan dairesel düğüm algoritmasının otonom mobil robot üzerinde uygulanması
Application of the circular node algorithm created by the synthesis of classical path planning algorithms on an autonomous mobile robot
Yazar: ANIL GÖKHAN GÖKTAŞ
Danışman: PROF. DR. SEMİH SEZER
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Teorisi ve Kontrol Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında endüstriyel sektörde üretimin, teslimatın ve tedarik işlemlerin hızlı yapılabilmesine yönelik, kapalı alanlarda kullanılabilecek bir mobil robot tasarlanmıştır. Robotun hareketleri, çok yönlü çalışabilir olmasından dolayı hareket kabiliyeti kazandıran çok yönlü tekerlekler ile sağlanmıştır. Mobil robotun ana kontrolcüsü için içerisine ROS sisteminin kurulabildiği Raspberry Pi 4 cihazı kullanılmıştır. ROS üzerinden mobil robotun mevcut konum tahmini, gidilecek olan hedef nokta seçimi, başlangıç ve bitiş noktaları arasındaki yolun planlaması ve kullanılan ışıkla uzaklık algılayıcı sensörü ile dışarıdan gelen etkenlere karşı anlık önlem alma işlemleri yapılabilmektedir. Mobil robotun gideceği hedef noktanın seçilmesinin ardından Arduino'ya gönderilen komutlarla birlikte motorlar tahrik edilmektedir. 
Robotun bulunduğu konumdan hedef konuma gitmesini sağlamak için yol planlama algoritmalarına ihtiyaç bulunmaktadır. Literatürde kullanılmakta olan birçok yol planlama algoritmasının birbirlerine göre avantaj ve dezavantajları bulunmaktadır. Statik haritalarda kullanılmakta olan PRM ve geliştirilmiş olan RRT* algoritmaları kullanılarak MATLAB üzerinden simülasyon denemeleri gerçekleştirilmiş, algoritmaların çalışma yöntemlerindeki verimlilik incelenmiş ve belirlenen başlangıç ve hedef noktaları arasındaki yol uzunlukları hesaplanarak karşılaştırma yapılmıştır. Statik durumda kullanılan bu algoritmalar birlikte sentezlenerek düğüm noktalarının kullanıldığı, dinamik engellere karşı önlem alınabildiği yeni bir algoritma geliştirilmiştir. Aynı harita üzerinde geliştirilen algoritmanın kullanılmasıyla birlikte elde edilen simülasyon sonuçları değerlendirilmiştir. 
Elde edilen sonuçlarda; PRM algoritmasında 1300 adet düğüm noktası kullanıldığında, düğüm noktası verimliliğinin 0.295 oranında olduğu ve optimum yol uzunluğunun 1,49 metre olduğu; RRT* algoritmasında 8000 iterasyon kullanıldığında, düğüm noktası verimliliği 0.198 oranında olduğu ve optimum yol uzunluğunun 1,44 metre olduğu görülmüştür. Geliştirilen algoritmayla 3 adımda 0,688 oranında düğüm noktası verimliliğiyle 1,42 metre uzunluğunda optimum yola ulaşılmıştır.

Abstract:
In this thesis study, a mobile robot that can be used indoors has been designed for fast production, delivery and supply processes in the industrial sector. The robot's movements have multi-directional wheels that provide mobility due to its versatility. Raspberry Pi 4, in which the ROS system can be installed, is used as the main controller of the mobile robot. The mobile robot's current location estimation, selection of the target point to be reached, planning the path between the start and end points, and instant measures can be taken against external factors with the LIDAR sensor used via ROS. After the target point of the mobile robot is selected, its motors are driven with the commands sent to the Arduino. There is a need for path planning algorithms where you want the robot to go from its location to the target location. Many path planning algorithms used in the literature have advantages and disadvantages compared to each other. Simulation experiments were carried out on MATLAB using the PRM used in static maps and the developed RRT* algorithms, the efficiency in the working methods of the algorithms was examined. The path lengths between the determined starting and target points were calculated and compared. These algorithms used in the static situation were synthesized together and a new algorithm was developed, which uses nodal points and can take precautions against dynamic obstacles. The simulation results were evaluated using the algorithm developed on the same map. In the results obtained, it has been observed that the optimum path length in the PRM algorithm is 1.49 meters when 1300 points are used with a nodal efficiency of 0.295 and 1.44 meters when 8000 iterations are used with a nodal efficiency of 0.198 in the RRT* algorithm. With the developed algorithm, the optimum path of 1.42 meters has been reached with a nodal efficiency of 0.688 in 3 steps.