Otonom robotlarda yol planlama ve optimum kontrolü
Path planning and optimal control in autonomous robots
Yazar: OSMAN DOĞMUŞ
Danışman: PROF. DR. MAHİT GÜNEŞ
Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Çok amaçlı kullanılabilen mobil robot, otomatik yönlendirme, belirli bir görevi icra etme, çeşitli ortamlara yük taşıyabilme, tehlikeli alanlarda ölçüm, keşif ve gözetim yapmak gibi birden fazla görevde kullanılabilirler. İnsanlarla aynı ortamda çalışabilir, daha hızlı ve güvenli hareket edebilirler. Mobil robotlardaki en önemli konu, çalışma alanının haritalanması, hedef noktaya engellere çarpmayacak şekilde güvenli bir yol bulunması ve bu yörünge üzerinde belirlenen hız ile gitmesini sağlamaktır. Mobil robotların yol bulması ve yörünge kontrolünde klasik matematiksel yöntemler veya yapay zekâ tabanlı kontrol teknikleri kullanılmaktadır.
Bu çalışmada, gerçek bir askeri tankın 1/10 ölçeği esas alınarak, önce 3D katı modelleme programı ile üç boyutlu tasarım yapılmıştır. Daha sonra bu tasarıma göre paletli otonom mobil robotun (POMR) mekanik kısmı pratik gerçekleştirilmiştir. POMR'un kontrolü için gerekli olan mikrodenetleyici, motor sürücüleri, RF modülleri, mesafe ve hız sensörleri kartları birleştirilerek tek bir PCB kart üzerinde montajları yapılmıştır. POMR'un yörünge ve hız kontrolü için Matlab/Simulink ortamında aralıklı Tip-2 Takagi-Sugeno-Kang bulanık mantık denetleyici (AT2TSKBMD) kullanılmıştır. Bu denetleyicinin performansı klasik PI ve Tip-1 bulanık mantık denetleyici ile karşılaştırılmıştır. AT2TSKBMD'nin sistemin performansını arttırdığı ve daha kararlı bir yapı sağladığı gerçekleştirilen benzetim çalışmaları ile ortaya konulmuştur. Deneysel çalışmalarda POMR, PI denetleyici ile kontrol edilmiştir.

Abstract:
Multipurpose mobile robots can be used for various tasks, such as automatic navigation, executing specific missions, carrying loads to different environments, performing measurements, exploration, and surveillance in hazardous areas. They can work in the same environment as humans and move more quickly and safely. The primary focus for mobile robots lies in mapping their workspace, identifying a safe path to the target location while avoiding obstacles, and ensuring that they move at the specified speed along this trajectory. To achieve these goals, mobile robots employ classical mathematical methods or artificial intelligence-based control techniques for pathfinding and trajectory management.
In this thesis, an initial three-dimensional design was created using a 3D solid modeling program, utilizing a 1/10 scale representation of an actual military tank. Subsequently, based on this design, the mechanical components of the tracked autonomous mobile robot (POMR) were physically implemented. The microcontroller, motor drivers, RF modules, distance and speed sensors cards required for the control of POMR were combined and mounted on a single PCB card. Interval Type-2 Takagi-Sugeno-Kang fuzzy logic controller (AT2TSKBMD) was used in Matlab/Simulink environment for trajectory and speed control of POMR. The performance of this controller is compared with classical PI and Type-1 fuzzy logic controller. It has been demonstrated through simulation studies that AT2TSKBMD increases the performance of the system and provides a more stable structure. In experimental studies, POMR was controlled with a PI controller.