Çoklu gezgin robot sistemleri için güvenirlik tabanlı rota planlama
Reliability-based route planning for multi mobile robot systems
Yazar: UĞUR YAYAN
Danışman: DOÇ. DR. AHMET YAZICI
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kontrol ve Kumanda Sistemleri Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Çoklu gezgin robot sistemleri günümüzde farklı alanlarda artarak kullanılmaktadır. Robotik sistemlerin ilk uygulamalarında, görevi otonom olarak gerçeklemesi önemli olsa da artan kullanım ile otonom davranışın sürdürülebilmesi de önem kazanmıştır. Sürdürülebilirlik amacıyla, robotikte hataya dayanıklı kontrol mimarileri geliştirilmektedir. Bu çalışmalar genelde diagnostik-tabanlı yaklaşımlardır. Fakat arıza oluşmasına izin vermeyecek şekilde planlama yapıları nedeniyle prognostik-tabanlı stratejiler artan öneme sahiptir. Bu bağlamda robotik sistemlerin güvenirliği önemli hale gelmeye başlamıştır. Yüksek güvenirlikli robotlar geliştirmenin aşırı yüksek maliyetleri ve düşük maliyetli robotların arıza riski robotik sistemlerde otonominin sürdürülebilmesi için güvenirlik analizi tabanlı çalışmaları önemli bir ihtiyaç haline getirmiştir. Çoklu robot sistemlerinde verilen görevin başarımı için görev planlamanın güvenirlik tabanlı yapılması önemlidir.
Bu tezde, çoklu gezgin robot sistemleri için güvenirlik tabanlı rota planlama algoritması önerilmektedir. Öncelikle gezgin robotlar için güvenirlik analizi modeli geliştirilmiş ve benzetim ortamında hızlandırılmış yaşam testi uygulanmıştır. Ardından güvenirliğin görev planlamadaki etkisinin analiz edilmesi için güvenirlik ve mesafe tabanlı yöntemler karşılaştırılmıştır. Sonrasında güvenirlik tabanlı rota analizi yapılarak klasik çoklu robot rota planlama yönteminden elde edilen rotalara başarım analizi uygulanmıştır. Son olarak robotların çalışma ömrünün uzatılması için güvenirlik tabanlı çoklu robot rota planlama algoritması geliştirilmiştir. Geliştirilen bu algoritma rota planlama esnasında taşınan yüklerin de güvenirliğe etkisini göz önünde bulundurmaktadır. Düğümlerde bulunan yükleri dikkate alarak rota planlama yapan bir yaklaşıma literatürde rastlanmamıştır. Önerilen yaklaşımın etkinliğini göstermek için geliştirilen yaşam süresi analizi algoritması ile robot takımının yaşam süreleri analiz edilmiştir. Sonuç olarak gezgin robot sistemlerinin kontrolünde kritik adım olan planlama aşamasında önerilen yöntem ile robotların verilen görev sırasında hata oluşmasının engellenmesi ve kullanım süresinde artış sağlanmaktadır.

Abstract:
Multi mobile robot systems are increasingly used in various fields. Although, realizing an autonomous behavior is important in premier applications of mobile robots, sustaining autonomy becomes more important with use of robotic systems. Fault-tolerant control architectures are developed for sustainability. But, these studies are generally diagnostic-based. However, prognostic-based strategies have an increasing emphasis since they can plan before failure. Thus, reliability of robotic systems has become more important. The high cost of developing highly reliable robots and risk of failure of low-cost robots require detailed study on reliability analysis to sustain autonomous behavior in robotic systems. Thus, reliability-based task planning is important for successful completion of tasks in multi mobile robot systems.
In this thesis, a reliability-based route planning method is proposed for the multi mobile robot systems. First, reliability analysis model was developed for mobile robots, and accelerated life test was applied. Then, reliability-based and distance-based methods are compared to analyze effect of reliability on task allocation. Later, reliability-based route planning analysis is conducted on classical route planning to calculate probability of route completion. Finally, reliability-based route planning algorithm has been developed for extending lifetime of robot team. The proposed algorithm also considers effect of loads during route planning. To the best of our knowledge there is no study that realize route planning algorithm which considers loads. A lifetime analysis algorithm was also developed to demonstrate effectiveness of the proposed algorithm. The proposed method results both increasing lifetime of robotic systems and preventing fault occurance during the mission.