Bina içi otonom mobil robotu tasarımı ve slam algoritmalarıyla kontrolü
Design of an indoor autonomous mobile robot and control with slam algorithms
Yazar: BETÜL DURAN
Danışman: DOÇ. DR. ATİLLA BAYRAM
Van Yüzüncü Yıl Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Yapay Zeka ve Robotik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control

Özet:
Bu tez çalışmasında bina içi bir otonom mobil robot tasarımı ve kontrolü gerçekleştirilmiştir. Tasarladığımız robot mekanik, elektrik-elektronik donanım tasarımının yanında ve ölçüm sistemi ile yazılım bileşenlerinin entegrasyonunu içermektedir. Mobil robot üzerinde taşıdığı lidar ve odometriye bağlı olarak haritalama yaparak değişik görevleri otonom olarak yerine getirmektedir. Robot bu işlemi konumsal ölçüm bilgilerini geri besleme olarak gerçekleştirmektedir. Robotun üzerinde Raspberry Pi ve Wi-Fi ile bağlantılı bir ana makine olarak dizüstü bilgisayar kullanılmıştır. Böylece bağlantı kesilmesi olasılığının önüne geçmiştir. Çevrimiçi kullanımda gizliliğin korunmasını sağlanmıştır. Herkese açık test ortamlarında kullanılacak olan robotumuzun Wi-Fi Bağlantısının güvenli olması için ek güvenlik anahtarı ile sisteme girileceği için robotun farklı kişiler tarafından yönlendirilmesinin önüne geçilmiştir. Tez çalışmasına konu olan mobil robot prototipi Solid Works programında tasarlanmıştır. Mobil robotun türü diferansiyel tahrikli olup her bir sağ ve sol tekerlek üzerinde enkoderler yerleştirilerek konum, hız ve yönelim bilgileri elde edilmiştir. Tahrik işlemi mikroişlemci ve sürücü kartları fırçasız redüktörlü encoderli DC motorları ile gerçekleştirilmiştir. Çalışmada Raspberry Pi tam donanımlı bir gömülü sistem bilgisayarı robotun kontrol kartı olarak Linux işletim sistemi Ubuntu Mate 22.04 versiyonu ile birlikte kullanılmıştır. Ana bilgisayara da aynı işletim sistemi yüklenmiştir. SLAM uygulaması SLAM Toolbox algoritması ile senkron ve asenkron olarak yaptırılmıştır. Yapılan çalışmada sistem haritalama ve otonom navigasyon ile ilgili testleri başarı ile gerçekleştirmiştir. İleriki çalışmalarda kamera ve mikrofon gibi yeni sensörler ve manipulatörler sisteme entegre edilerek daha sağlam bir araştırma platformu gerçekleştirilebilir.

Abstract:
In this thesis, an indoor autonomous mobile robot design and control was carried out. The robot we designed includes mechanical, electrical-electronic hardware design as well as the integration of measurement system and software components. Depending on the inertial sensor and odometry it carries on the mobile robot, it performs various tasks autonomously by mapping. The robot performs this process as a feedback of spatial measurement information. A computer is used as a host machine connected to Raspberry Pi and Wi-Fi on the robot. Thus, the possibility of disconnection is prevented. Confidentiality is ensured in online use. In order to secure the Wi-Fi connection of the robot, which will be used in public test environments, the robot is prevented from being directed by different people, as it will be entered into the system with an additional security key. The mobile robot prototype, which is the subject of the thesis, was predesigned in the Solid Works program. The type of mobile robot is differential drive, and position, speed and orientation information is obtained by attaching encoders to each right and left wheel. The drive process was carried out with microprocessor and driver boards with brushless geared encoder DC motors. In the study, a fully equipped Raspberry Pi embedded system computer was used as the control board of the robot with the Linux operating system Ubuntu Mate 22.04 version. The same operating system is also installed on the host computer. Thus, the tasks to be done are done through the sensors on the Raspberry pi over the common network. The SLAM application was built synchronously and asynchronously with the SLAM Toolbox algorithm. In the study, the system has successfully performed the tests related to mapping and autonomous navigation. In future studies, a more robust research platform can be realized by integrating new sensors and manipulators such as cameras and microphones into the system.