İnsansız hava araçları için yol planlama ve yol izlemealgoritmaları kullanarak güzergah optimizasyonu
For unmanned aerial vehicles, path optimization withpath planning and tracking algorithms
Yazar: HÜSNÜ UMUT OKUR
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ PINAR ÖZTÜRK ÖZDEMİR ; DR. MUSA NURULLAH YAZAR
Milli Savunma Üniversitesi / Atatürk Stratejik Araştırmalar ve Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Bu çalışmada otonom araçlara yönelik yol planlama ve yol izleme algoritmasının
hibrit olarak kullanımına dayalı bir yöntem önerilmiştir. Ortamın boyutu ve engellere
bağlı olarak başlangıç noktasından hedef noktasına bağlanan en uygun yolu bulmak,
hesaplama açısından maliyetli ve zaman alıcı olabilmektedir. Yol planlama
algoritmaları temelde grid ve örneklemeye dayalı yöntemler olarak iki kategoride ele
alınabilir. Grid tabanlı yöntemler küçük boyutlu ortamlarda en uygun yolu daha
verimli bir şekilde bulabilmektedir ancak ortamın boyutu ve gridlerin çözünürlüğüne
göre algoritmanın verimliliği düşmektedir. Örneklemeye dayalı algoritmalar ise
büyük ortamlarda çok daha hızlı bir şekilde uygun yolu bulabilirken rastgele
noktalarla oluşturulan yol çok sayıda keskin dönüş içermekte bu da yolun
verimliliğini düşürmektedir. Örneklemeye dayalı algoritmanın yüksek iterasyonda
kullanılması ile bu keskin dönüşlerin önüne geçilebilmekte ancak bu da yine
hesaplama süresi açısından verimliliği düşürmektedir. Bu çalışmada örneklemeye
dayalı en çok kullanılan yol planlama algoritmalarından biri olan RRT (RapidlyExploring Random Tree) yönteminin düşük iterasyonda kullanılmasıyla başlangıç
noktasından hedef noktasına bağlanan uygun bir yolun bulunması ve çok sayıda
keskin dönüş içeren bu yolun yine literatür de en çok kullanılan yol izleme
algoritmalarından biri olan Pure-Pursuit metodu ile birlikte hibrit bir yapıda
kullanılmasıyla düşük iterasyonlarda daha verimli bir yol elde edilmesi
amaçlanmıştır. Hibrit yapı, RRT'den oluşturulan yol bilgisi ve engellere göre PurePursuit yol izleme algoritmasının giriş parametresini uyarlayarak RRT ile elde edilen
yolun daha uygun olmasını amaçlar. Simülasyonda kullanılan araç İnsansız Hava
Aracı (İHA) olarak seçilmesine rağmen, yöntemi her türlü mobil robot için
genişletmek ve genelleştirmek oldukça kolaydır. Gerçekleştirilen simülasyon
sonuçları önerilen hibrit yapının düşük iterasyonlarda sağladığı yolun verimliliğini
göstermektedir.

Abstract:
In this paper, a method based on the hybrid use of path planning and path tracking
algorithms is proposed for autonomous vehicles. Finding the optimal path between
starting point and destination point can be computationally costly and timeconsuming depending on the size of the environment and obstacles positions. The
path planning algorithms basically can be classified into two categories: grid-based
and sampling-based methods. Grid-based methods can find the optimal path more
efficiently in small-sized environments, but the efficiency of the algorithm decreases
due to the size of the environment and the increasing resolution of the grids. While
sampling-based algorithms can find the sub-optimal path faster for big-sized
environments, the path generated with random points contains many sharp turns
which reduces the efficiency of the path. These sharp turns can be avoided by using
the algorithm at a high number of iterations but in this case the efficiency drops in
terms of computation time. In the proposed method, it is aimed to use the RRT path
planning method to obtain a sub-optimal path between the starting point and
destination point at the minimum number of iterations. Then, this sub-optimal path is
improved by using Pure-Pursuit path tracking method in a hybrid structure where the
input parameters of Pure-Pursuit method is tuned according to the flatness of the path
and obstacle positions. Although the vehicle used in the simulation was chosen as an
UAV, it is quite easy to expand and generalize the method for all kinds of mobile
robots. The simulation results show the efficiency of the path obtained by the
proposed hybrid structure at low iterations.