Gezgin sistemlerin/robotların navigasyonu için gerçek zamanlı bütünleşik algılayıcı
Integrated real-time sensor for mobile systems/robots navigation
Yazar: HİKMET KOCA
Danışman: PROF. DR. MÜSLÜM CENGİZ TAPLAMACIOĞLU ; DOÇ. DR. MUSTAFA DOĞAN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Hareketli robotlar = Mobile robots ; Robot yönlendirme = Robot navigation ; Yapay görme = Machine vision

Özet:
Günümüzde değişik boyut ve şekildeki gezgin sistemler/robotlar otonom görevleri yerine getirmek için yaygın şekilde kullanılmaktadır. Bu sistemler; genel olarak akıllı taşıtlar, lojistik, otonom güdümlü taşıtlar, uzay robotları, hizmet robotları, saha robotları, iş ve üretim yardımcıları, bakım yardımcıları gibi alanlarda görev almaktadır. Bununla beraber, değişik gezgin sistemlerin çalışma durumlarının da farklı olması nedeniyle bütün bu şartlarda çalışacak ideal bir navigasyon sistemi için çalışmalar devam etmektedir. Navigasyon sistemleri, belirli şartlarda çalışan ve çalışma çevresinin kısıtlamaları tanımlanmış sistemler için özel olarak geliştirilirler. Bu çalışmada, optik akış ölçüm yöntemlerinden Lucas-Kanade ve Toplam En küçük Kareler (Total least squares) yöntemleri karşılaştırılmış, uygun olan yöntem kullanılarak, gezgin sistemlerin dayanaksız navigasyonunda hedeflenen yüksek doğruluğu sağlamak için gerçek zamanlı (FPGA tabanlı) yeni bir algılayıcıda kullanılabilecek donanımsal yapılar tasarlanmıştır. Daha önceki uygulamalardan önemli bir fark, FPGA üzerinde imge işleme algoritmalarının hızlı çalışabilmesi için kütüphane geliştirilmesi gerçekleştirilmiştir. Ayrıca geliştirilen kütüphanenin bu çalışmanın dışındaki başka uygulamalar için de kullanılabilecektir. İlave olarak bütün çalışma şartları ve açık-mimari özelliklerin korunması ve yazılım-donanım bağımsızlığının sağlanması için özen gösterilmiştir. Bu çalışma çıktısı olarak geliştirilen algoritmaların, mevcut çalışma dışındaki farklı algılayıcı sistemlerini bütünleştirmek için de kullanılması hedeflenmiştir.

Abstract:
Nowadays, mobile systems/robots which have different sizes and shapes are used for performing broad range of autonomous tasks. Mobile robots have wide-application areas such as intelligent vehicles, logistic, autonomous guided vehicles, space robots, service robots, field robots, work and production assistants and care assistant duties. Consequently, there is no ideal navigation method which suits all applications. Navigation systems are designed to work well for a class of mobile robots that satisfy specific constraints. In this study, Lucas-Kanade and Total Least Squares methods of optical flow measurement applications are compared and analysed. In addition, hardware structures are designed for using a suitable real-time (FPGA-based) sensor to achieve the targeted high accuracy of navigation system. A major contribution is made during compare with previous implementations and also would be the development of image processing library on the FPGA for efficient and fast processing. The developed library can also be used for other applications in future. Moreover, open-architecture structure and software/hardware are applied to achieve independence. Algorithms developed in this study can also be used to integrate other various sensor systems which is designed to be used in different aplications.