Gezgin robotun görme tabanlı ve gerçek zamanlı olarak engelden sakınımı
Vision based and real time obstacle avoidance of mobile robot
Yazar: ADEM HİÇDURMAZ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ADEM TUNCER
Yalova Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Bilgisayar Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control
Dizin: Hareketli robotlar = Mobile robots ; Sayısal görüntü işleme = Digital image processing

Özet:
Gezgin robotların hareketinde, engelden sakınım, üzerinde çalışılan en önemli araştırma konularından biridir. Otonom robotların hareket ederken engelden sakınabilmeleri için oldukça karmaşık algoritmalar ve işlemler gerekmektedir. Bu konuda robot üzerindeki sensör verileri kullanılarak çeşitli haritalama yöntemleri önerilmiş ve ve engelden sakınarak gezinme için yaklaşımlarda bulunulmuştur. 
Tez çalışmasının amacı herhangi bir harita bilgisine ve sensör verisine ihtiyaç duymadan bilgisayarlı görme yaklaşımı ile engellere çarpmadan hareket edebilen otonom gezgin bir robot benzetimi gerçekleştirmektir. Çalışmada gezgin robotun engellerden sakınarak gezinmesi için iki aşamalı bir süreç takip edilmektedir. Birinci aşamada robot kamerasından alınan görüntüler işlenerek görüntüde zemin ayrımı yapılmaktadır. İkinci aşamada ise, zemin olarak işaretlenen alanlar kontrol edilmektedir. İşaretlenen alan robotun ilerlemesi için uygun ise ileri yönlü hareket yapılmaktadır. Harekete uygun değilse, yani herhangi bir engel tespit edilmiş ise, mevcut görüntü tekrar işlenerek sağa ya da sola doğru dönme hareketi yaptırılmaktadır. Tüm bu işlemler yinelemeli olarak devam etmekte ve bir sonraki görüntüde benzer durum varsa dönmeye devam edilmekte, yoksa ileri yönlü hareket başlatılmaktadır. İki aşamadan oluşan bu sistem gerçek zamanlı olarak çalışmaktadır. Bunun en büyük avantajı ise dinamik ortamlar için de sistemin kullanışlı olmasıdır.
Çalışmada robotlar için tasarlanan ve açık kaynak yazılımlardan oluşan ROS işletim sistemi kullanılmıştır. Benzetim ortamı olarak ise ROS ile entegre olabilen Gazebo seçilmiştir. Çalışmada sunulan yöntem, TurtleBot robotu üzerinde test edilmiştir. Bilgisayarlı görme çalışması için kullanılan kamera, TurtleBot üzerinde bulunan 640×480 piksel ve renkli görüntü alabilen web kameradır.
Gezgin robotlar için tasarlanan bu modelde, Turtlebot robotu, herhangi bir çarpışma olmadan hareket edebilmektedir. ROS-Gazebo benzetim ortamından elde edilen sonuçlar, önerilen yöntemin engellerden kaçınmak için düşük maliyetli ve esnek bir yöntem olduğunu göstermektedir.

Abstract:
In the navigation of mobile robots, target recognition and obstacle avoidance are one of the most important research topics studied. Very complex algorithms and operations are required for autonomous robots to recognize targets and move towards a specific target. In this regard, various mapping methods, sensor data and various approaches have been adopted and designs have been made.
The aim of this study is to realize an autonomous robot simulation that can move without hitting obstacles with computerized vision without using a map and using any sensor data. In the study, a two-step process is followed for the traveling robot to navigate avoiding obstacles. In the first stage, the images taken from the robot camera are processed and ground separation is made in the image. In the second stage, the area marked as the floor is checked. If it is suitable for the robot to move forward, forward motion is made. If it is not suitable for movement, that is, if any obstacle is detected, the existing image is reprocessed, making only a rotational movement to the right or left. Since all these processes continue recursively if there is a similar situation in the next image, it continues to rotate or forward motion is started. The system, consisting of two stages, operates in real-time.  The biggest advantage of this is that the system is useful in dynamic environments. The environment is evaluated for each image taken on the webcam, and the robot can decide on movements such as rotation or progression.
In this study, the ROS operating system designed for robots and consisting of open sources is used. Gazebo, which can be integrated with ROS, was chosen as the simulation medium. Algorithms created by the researcher were tested on the TurtleBot robot. The webcam used for the computer vision model is a webcam defined for TurtleBot.
In this model designed for mobile robots, the model robot can move without any collision. Results from the ROS-Gazebo simulation environment show that the proposed method is a low cost and flexible method to avoid obstacles.