Mobil robotlarda yörüngenin optimizasyonu ve kontrolcü kullanılarak izlenmesi
Path optimization and tracking using controller in mobile robots
Yazar: SİNAN YİĞİT
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ AZİZ SEZGİN
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Teknolojideki son gelişmelerle birlikte endüstriyel uygulamalarda, akademik çalışmalarda ve askeri uygulamalarda robotlar giderek daha fazla kullanılmaya başlanmıştır. Robot türleri arasında uygulama alanı en geniş olan tür gezer robotlardır. Hava, kara ve deniz olarak sınıflandırılabilen gezer robotlar önceden programlanıp kontrol edilebileceği gibi görev sırasındaki değişkenler anlık olarak değerlendirilerek de kontrol edilebilmektedir.\newline
 Robot uygulamalarında fiziksel tasarımın yanında kontrol yöntemlerinin de matematiksel olarak geliştirilmesi robotların görevleri en uygun şekilde yerine getirmesinde önemli bir etken haline gelmiştir.Kontrol metotları arasında yaygın olarak kullanılan PID kontrolcü tasarımının kolay olması ve çok çeşitli sistemlere uygulanabilmesi nedeniyle tercih edilmektedir. Bozucu etkiler ve sisteme ait kararsızlıklar göz önüne alındığında alternatif kontrol yöntemlerinin de sistemlere uygulanması gerekliliği ortaya çıkmıştır. Kinematik tabanlı geri adımlamalı kontrol metodu doğrusal olmayan sistemlerdeki kararlılık performansının arttırılması amacıyla kontrol sistemlerinde kullanılmaktadır. Kararsız sistemlerin kontrolünde Kayan Kipli Kontrol Metodu, süreksiz kontrol kuralı ile oluşturulan kayma yüzeyi kullanılarak sistemin hata değerlerinin sıfıra götürülmesi yaklaşımı ile başarılı sonuçlar verebilmektedir.
Bu çalışmada diferansiyel sürüşlü gezer robota ait matematiksel modeller elde edilerek çeşitli yörünge durumlarına için en uygun yörünge takibi performansı elde edilmeye çalışılmıştır. Bu doğrultuda ön tanımlı yörünge ve olasılıksal yol haritası metodu ile planlanan yörüngeler üzerinde PID ve Kayan Kipli Kontrol metotları uygulanmıştır. Uygulama için robota ait matematiksel model ve kontrol metotları bilgisayar ortamında tasarlanarak benzetimleri yapılmıştır.Son bölümde belirlenen hata değerleri üzerinden kontrolcü performansları kıyaslanmış ve gelecek çalışmalar ile ilgili önerilerde bulunulmuştur.

Abstract:
Recent developments in technology enable to do that robots have started to be used more in industrial areas, academic studies and military applications.Among the robot types, the type with the widest application area is mobile robots.Mobile robots that can be classified as air, land and sea can be pre-programmed and controlled, as well as the variables during the mission can be instantly evaluated and controlled.
In robot applications, it has become important for researchers to develop control methods mathematically as well as physical design in order to accomplish given task to the robots. As a commonly used control method PID control has advantages in terms of different kind of system usage and ease of application. Alternative control methods have need to be developed because of the disturbance and unstable conditions of the systems.\newline Kinematic based backstepping control method is used for increasing the stability performance of nonholonomic systems. Sliding mode control method has well performance on unstable systems with the discontinuous control rule and the sliding surface which is used for elimination of the error values of the system.
In this study,differential drive mobile robot mathematically modeled and optimum trajectory tracking approach was tried to applied for different trajectory conditions.In this direction, PID and sliding mode control rules are applied to the robot model for tracking of predefined trajectory and probabilistic road map method based trajectory. Robot mathematical model and control methods are modeled and tracking application is simulated in computer software. Finally, trajectory tracking performance of the controllers are compared in terms of error performance and some foresights are given for the further studies.