Mobil robotlarda genişletilmiş Kalman filtresi kullanılarak kapalı alan haritalandırma ve navigasyonda iyileştirme
Mobile robot indoor navigation and mapping performance improvement with extended Kalman filter
Yazar: EREN OKUR
Danışman: PROF. DR. ALİ BÜLENT UŞAKLI
KTO Karatay Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Mekatronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Mekatronik Mühendisliği = Mechatronics Engineering
Dizin: Haritalama = Mapping ; Kalman filtre = Kalman filter ; Navigasyon = Navigation ; Robotik = Robotics ; Robotik programlama = Robotic programming

Özet:
Bu tez çalışmasında mobil robot kullanılarak etkin şekilde iç alan haritalandırması ve navigasyon yapılması için Genişletilmiş Kalman Filtreleri (EKF) kullanılmıştır. Günümüzde mobil robotlarda navigasyon işlemleri temizlik, sipariş hazırlanması, yol tarifi gibi amaçlarla kullanılmaktadır. İç alan haritalandırma ve navigasyon sistemlerinin gün geçtikçe gelişmesi sonucunda mobil robotların daha yaygın olarak kullanılacağı öngörülmektedir. Tez kapsamında robotun üzerinde bulunan bilgisayar kendi üzerindeki tüm bilgileri alıp merkezi bir bilgisayara aktarmaktadır. Bu durum birden fazla robota ait verilerin işlenmesine olanak sağlamaktadır. Merkezi bilgisayar robottan gelen verileri EKF ile işleyerek; zaman maliyeti açısından navigasyonda ve artan doğruluk bakımından haritalamayı daha etkin bir şekilde gerçekleştirmiştir. Merkezi bilgisayarda hesaplanan verilere göre robota hareket emirleri gönderilir. Bu verilere göre robot tekerlekleri, mobil robot üzerindeki mikrobilgisayar tarafından işlenerek robot hareketi sağlanır. Tez çalışmasında iç alan haritalandırması ve navigasyon için EKF'nin yön bulma ve konumlandırmada mobil robota sağladığı performans etkisinin tespiti amaçlanmıştır. Bununla beraber mobil robottaki enerji tüketen hesaplama işlemlerinin merkezi bir bilgisayarda yapılması ile enerji verimliliği sağlanması amaçlanmıştır.  
Tez çalışması için yapılan mobil robotta EKF kullandığı zaman haritalandırma işlemlerinin doğruluğunda %53,8 iyileşme sağlandığı, navigasyon yapıldığı zaman ise işlem süresinde %30,5 iyileşme sağlandığı gözlemlenmiştir. Tüm işlemler merkezi bilgisayar üzerinde yapıldığında robotun işlem hızında ve maliyetinde verimlilik artışı gözlemlenmiştir. İşlemler merkezi bilgisayarda yapıldığında robotun enerjisini daha verimli kullanması sağlanarak hareketli çalışma süresi %30 arttırılmıştır.

Abstract:
In this thesis, Extended Kalman Filters (EKF) has been used to make efficient indoor navigation and mapping with mobile robots. Today, mobile robots have been used to navigation, cleaning, preparing order and to find path. Improving indoor navigation and mapping, mobile robots will become popular in last years. The microcomputer on the robot reads all the sensor data and sends them to the main server. This situation lets the main server get many robots information. The main server uses all the data with a Kalman filter, then makes all the calculations work for indoor navigation and mapping. This process saves time for navigation and gives more precise map information. After calculations are done on the main server movement, orders are sent to the mobile robot for execution. With the given wheel orders, the mobile robot computer processes all the data and makes the necessary movements. In this thesis, EKF's effect on indoor mapping and navigation performance are researched. With the usage of the main server for computation, robots? energy efficiency is increased. 
The mobile robot developed for this thesis, EKF provided 53.8% better efficiency for indoor mapping. Navigation with EKF provided 30.5% better efficiency. When all the work is done with the main server robot, process time increased and the project budget for the mobile robot is reduced. With this method, a mobile robot can use its energy more efficiently and movement time has been increased by 30%.