Bina içi ortamlarda arama ve kurtarma görevleri için seyrüsefer
Navigation for search and rescue missions in indoor environments
Yazar: ÇAĞRI METE ŞENLER
Danışman: PROF. DR. OSMAN PARLAKTUNA
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Hareketli robotlar = Mobile robots ; Robot yönlendirme = Robot navigation

Özet:
Bu tez çalışmasında, bir deprem sonrası afet ortamı benzeri alanlarda arama-kurtarma görevlerinde kullanılabilecek bir veya birden çok gezgin robottan oluşan sistemler için bir bina içi seyrüsefer yaklaşımı tasarlanmıştır. Tasarlanan yöntemde, harici bir keşif erkininden, ortamın doluluk ızgarası olarak ifade edilen bir metrik haritasının elde edildiği varsayılmaktadır. Metrik haritadan, düğümler ve düğümleri birbirine bağlayan ayrıtlardan oluşan bir çizge ile belirtilen topolojik harita elde edilmektedir. Topolojik haritadaki düğümler, metrik haritadan spektral kümeleme algoritmasıyla elde edilirken, ayrıtlar en küçük kapsayan ağaç algoritması kullanılarak oluşturulmaktadır. Yol planı ise, elde edilen topolojik haritadaki düğümler ve ayrıtlar üzerine Dijkstra en kısa yol algoritmasının uygulanmasıyla oluşturulmaktadır. Bunlara ek olarak, afet ortamının engebeli bir zeminden oluşabileceği göz önüne alınarak, rgb-d kamerası tabanlı bir rampa algılama ve yolnoktası belirleme algoritması oluşturulmuştur. Ayrıca, çok robotlu bir sistemin kullanılması durumunda, robotların birbirleriyle çapışmalarının önlenmesi için bir çarpışma protokolü tasarlanmıştır.
Geliştirilen algoritmalar ROS (Robot Operating System - Robot İşletim Sistemi) kullanılarak, Gazebo benzetim ortamı üzerinde test edilmiştir.  Benzetim ortamında platform olarak lazer mesafe algılayıcısı ve rgb-d (renk ve derinlik) kamerası ile donatılmış Pioneer P3-AT robotu kullanılmıştır. Ortam olarak ESOGÜ Elektrik-Elektronik Mühendisliği Laboratuvarı binasının ilk katı modellenmiş ve testlerde kullanılmıştır.

Abstract:
In this work, a single or multi-robot navigation system for search and rescue missions in indoor disaster environments is presented. It is assumed that a metric map consisting of an occupancy grid and a navigation target are received from an external exploration node that is assumed to be working in conjunction with the designed navigation node. After metric map is received, a topological map representation of the environment is created using the metric map. The created topological map is actually a graph which consist of nodes and arcs that connect these nodes. In order to construct the nodes of the topological map, spectral clustering method is utilized. For the purpose of creating arcs between nodes, minimum spanning tree algorithm is applied to the obtained nodes. For path planning purposes, Dijkstra's shortest path algorithm is used with the acquired topological map. In addition, since a disaster environment may have uneven ground surfaces, a rgb-d based ramp detection and waypoint extraction algorithm is proposed. Furthermore, for the case of multi-robot navigation, a collision avoidance algorithm is developed in order to prevent the robots from colliding with each other. 
Designed algorithms are tested using ROS (Robot Operating System) with Gazebo simulation environment. Pioneer P3-AT robot equipped with a laser range scanner and a rgb-d camera is used as the test platform. First floor of ESOGU Electrical-Electronics Laboratory building is modelled in Gazebo simulation environment and used for testing purposes.