İnsansız kara araçları için boylamsal ve yanal kontrol
Longitudinal and lateral control for unmanned ground vehicles
Yazar: ABDULLAH NURİ SOMUNCUOĞLU
Danışman: YRD. DOÇ. DR. TUĞBA SELCEN NAVRUZ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Bu çalışma, bir akülü araba kullanarak insansız kara aracı (İKA) için otonom kontrol sistemi geliştirmeyi amaçlamış olup aracın boylamsal ve yanal kontrolüne bulanık mantık ile odaklanmıştır. Bulanık mantık kuralları bir insan sürücünün sürüş hareketlerinin modellenmesinden türetilmiştir. Deneyler algılama aygıtları ve mikro denetleyici ile donatılmış akülü araba ile yapılmıştır. Araç, direksiyon yönlendiricisi ve hızlandırıcısına otomatik tahrik ediciler yerleştirilmiş, sıradan bir akülü arabadır. Bu tahrik ediciler bulanık mantık tabanlı kontrol sistemi tarafından kumanda edilmektedir. Kontrol sisteminin giriş bilgileri ultrasonik mesafe sensörlerinden, devir ölçerden ve direksiyona bağlı potansiyometreden gelmektedir. Elektrik motorların hızları PWM (Pulse Width Modulation – Darbe Genişlik Modülasyonu) sinyalleri ile kontrol edilmektedir. Direksiyon yönlendiricinin istenilen konuma getirilmesi direksiyon miline uygun dişli oranı ile sabitlenmiş servo motor ile yapılmaktadır. Çevre bilgisi ultrasonik sensörlerden, hız bilgisi sağ arka tekere sabitlenmiş kodlayıcıdan türetilmektedir. Boylamsal ve yanal hareketler mikro denetleyici tarafından kontrol edilen tahrik ediciler tarafından yönetilmektedir. Aracın düz ve dairesel pistlerde uygun hızlarda otonom olarak yol aldığının gösterilmesi amacıyla açık saha testleri gerçekleştirilmiştir. Testlerde aracın düz pistte önce hızlanarak yol aldığı, bir engelle karşılaştığında yavaşladığı, engel yaklaşırsa çarpmadan durduğu görülmüştür. Dairesel pistte aracın pistin sağ tarafına belirli bir mesafede kalarak yol aldığı gözlenmiştir. Testlerde sistemden bilgisayara aktarılan ön ve sağ sensör mesafe ölçüm bilgileri, kodlayıcıdan gelen hız bilgisi, potansiyometreden gelen direksiyon yönlendirme açısı bilgisi ve sistemin ürettiği boylamsal ve yanal kontrol için PWM sinyalleri karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Boylamsal kontrolü sağlayan PWM sinyalinin ön sensörden gelen mesafe bilgisi ve kodlayıcıdan gelen hız bilgisi ile uyumlu olduğu; yanal kontrolü sağlayan PWM sinyalinin ise sağ sensörden gelen mesafe bilgisi ve potansiyometreden gelen açı bilgisi ile uyumlu olduğu sonucuna varılmıştır. Sonuç olarak kontrol sistemi aracın değişik hızları için test edilmiş ve birçok deneme sonucu başarılı sonuçlar elde edilmiştir.

Abstract:
This research aims to develop an autonomous control system of an unmanned ground vehicle by using a battery-powered car and focuses on longitudinal and lateral control of the car with fuzzy logic. Fuzzy control rules are derived by modelling a man's driving actions. Experiments are performed using the battery-powered car equipped with sensing devices and a microcontroller. The vehicle is a common battery-powered car, provided with automatic actuators operating on the car controls: steering & accelerator. These actuators are commanded by a fuzzy logic based control system. The input information of the control system comes from ultrasonic distance sensors, tachometer and the pot connected to the steering wheel. The speeds of electric motors are controlled by PWM signals. The desired position of the steering wheel is achieved by a servo motor mounted to the steering shaft with appropriate rate gears. The environment information is taken by ultrasonic sensors, and the velocity information is derived from encoder located on right rear wheel. Longitudinal and lateral motions are run by actuators controlled by a microcontroller. In order to show the vehicle's ability to go through the straight and circular tracks, outdoor tests have been performed. During the tests, the vehicle's ability to accelerate in the straight track, and to slow down when any obstacle was sensed and finally to stop when the obstacle came close to it, is clearly established. In the circular track the vehicle managed to keep the track with a certain distance to the right side of the track. The distance, velocity, and the steering angular position data coming from sensors, encoder, potentiometer, and, PWM signals generated by the system for longitudinal and lateral control, are comparatively investigated in the series of tests. It is found that, the PWM signal which provides longitudinal control and distance data  that  is coming from front sensor and the PWM signal which provides lateral control, and distance information coming from right sensor and angular position data that is coming from potentiometer are both compatible. As a result, the control architecture was tested at different vehicle speeds. Successful results were obtained after many experiments.