Dört tekerden tahrikli bir mobil robotun güç tüketimi ve performans analizi
Power consumption and performance analysis of a four-wheel drive mobile robot
Yazar: FAHRİ ANIL SELÇUK
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA CANER AKÜNER ; DOÇ. DR. GÖKHAN ERDEMİR
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mekatronik Ana Bilim Dalı / Mekatronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Mekatronik Mühendisliği = Mechatronics Engineering
Dizin: Hareketli robotlar = Mobile robots ; Mekatronik = Mechatronics ; Mekatronik sistemler = Methacronics systems

Özet:
Bu çalışmada, dört tekerlekten çekişli (4WD-MR) bir mobil robotun belirlenen çalışma koşulları altında güç tüketim modelinin ve performans özelliklerinin analizi yapılmıştır.
Clearpath Jackal 4WD mobil robotu test platformu olarak kullanılmıştır. İlk adım olarak, kullanılan mobil robotun tasarımı Solidworks yazılımı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. İkinci olarak, tasarım daha sonra analiz için simülasyon ve kontrol algoritmaları oluşturmak üzere Matlab Simulink modülüne aktarılmıştır. Mobil robotun kontrol denklemlerinin hesaplanması sürecinde kinematik modeller kullanılmıştır. Robotun hesaplanan tekerlek kinematik modelinden elde edilen çıktı verileri, yani tam olarak tekerlek açısal hızı, önceden tanımlanmış kinematik kontrol denklemleri için girdi görevi görmüştür. Daha sonra robotun güç tüketimini hesaplayan algoritma için gerekli formüller belirlenmiştir. Bu formüller daha sonra Matlab Simulink aracılığıyla blok diyagramlara çevrilmiştir. Mobil robotun güç tüketimi analizini değerlendirmek için dört farklı senaryo belirlenmiştir. Bu senaryolar sabit hızda doğrusal hareketi, ivmeli doğrusal hareketi, ivmeli dönme hareketini ve slalom hareketini içermektedir. Bu senaryolardan elde edilen güç tüketimi verileri titizlikle analiz edilerek kapsamlı değerlendirmeler yapılmıştır. Sonuç olarak, dört tekerlekten tahrikli bir mobil robot için literatürde yer alan mevcut bir güç tüketimi modeli başarıyla uygulanmıştır. Bu uygulama, bu özel güç tüketimi modelinin literatürde belgelenen diğer modellere göre avantajlarını vurgulayarak karşılaştırmalı bir analizi kolaylaştırmıştır. Elektrikli araçların giderek yaygınlaştığı günümüz dünyasında, özellikle küçük boyutlu mobil robotların pil tüketim davranışlarının analiz edilmesi ve tüketim tahminlerinin yapılması açısından bu çalışma, literatürdeki önemli çalışmalardan biri olacaktır.

Abstract:
In this study, an analysis of the power consumption model and performance characteristics of a four-wheel drive (4WD-MR) mobile robot under specified operational conditions was conducted.
Clearpath Jackal 4WD mobile robot was used as a test platform. As the first step,  the design of the utilized mobile robot using Solidworks software was performed. Secondly, the design was subsequently imported into the Matlab Simulink module to create simulation and control algorithms for analysis. In the process of computing the control equations for the mobile robot, kinematic models were employed. The output data from the robot's calculated wheel kinematic model, precisely the wheel angular velocity, served as the input for the predefined kinematic control equations. Subsequently, formulas essential for the algorithm calculating the robot's power consumption were identified. These formulas were then translated into block diagrams via the Matlab Simulink. To assess the power consumption analysis of the mobile robot, four distinct scenarios were outlined. These scenarios included linear motion at a constant speed, linear motion with acceleration, rotational movement with acceleration, and slalom movement. The power consumption data derived from these scenarios were meticulously analyzed, leading to comprehensive evaluations. As a result, an existing power consumption model from the literature for a four-wheel drive mobile robot was applied successfully. This application facilitated a comparative analysis, highlighting the advantages of this specific power consumption model over others documented in the literature. In today's world, where electric vehicles are becoming increasingly widespread, this study will be one of the essential works in the literature, especially for analyzing the battery consumption behaviors of small-sized mobile robots and making consumption predictions.