Gezgin bir robotun bilinen bir haritada dinamik engeller varlığında otonom seyri
Autonomous navigation of a mobile robot in a known map with dynamic obtacles
- Tez No: 1005145
- Danışmanlar: DOÇ. DR. İSMAİL UYANIK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Hareketli robotlar, Otonom robotlar, Sensör füzyonu, Mobile robots, Autonomous robots, Sensor fusion
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kontrol ve Kumanda Sistemleri Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Otonom mobil robotların (OMR) kullanım alanlarının endüstriyel tesislerden hastane, ofis ve sosyal alanlar gibi insanlarla paylaşılan ortamlara genişlemesi, seyrüsefer algoritmalarının dinamik belirsizlikler altındaki başarısını kritik hale getirmiştir. Geleneksel navigasyon yöntemleri, statik haritalar üzerinde başarılı olsa da, ani hareket eden engellerin bulunduğu kaotik senaryolarda genellikle yetersiz kalmakta veya“donan robot”(freezing robot) problemine yol açmaktadır. Bu tez çalışması, bilinen bir harita üzerinde statik ve dinamik engellerden güvenli, öngörülü ve akıcı bir şekilde kaçınabilen bütünleşik bir otonom navigasyon sisteminin tasarımını ve gerçeklenmesini sunmaktadır. Çalışma kapsamında, dar iç mekanlarda yüksek manevra kabiliyeti sağlaması amacıyla nokta dönüşlü (skid-steer) kinematik yapıya sahip özgün bir mobil robot platformu mekanik, elektronik ve yazılım katmanlarıyla sıfırdan geliştirilmiştir. Skid-steer araçların dönüş manevralarında maruz kaldığı zorunlu kayma (slippage) probleminin neden olduğu odometri hataları, tekerlek enkoder verileri ile Ataletsel Ölçüm Birimi (IMU) verilerinin Genişletilmiş Kalman Filtresi (EKF) tabanlı sensör füzyonu ile birleştirilmesiyle minimize edilmiştir. Algılama sisteminde, uzak mesafe taraması yapan 3-boyutlu LiDAR ile yakın mesafe kör noktaları ortadan kaldıran 2-boyutlu LiDAR sensörlerinin entegre edildiği hibrit bir yapı kullanılarak 360 derece kesintisiz çevresel farkındalık sağlanmıştır. Yazılım mimarisi, ROS 2 (Robot Operating System) ve Nav2 navigasyon yığını üzerine inşa edilmiştir. Bu çalışmada, yerel planlama ve kontrol aşamasında, türevlenebilirlik kısıtı bulunan klasik Model Öngörülü Kontrol (MPC) veya reaktif Dinamik Pencere Yaklaşımı (DWA) yerine; türev gerektirmeyen, stokastik ve örnekleme tabanlı bir yöntem olan Model Öngörülü Yol İntegrali (Model Predictive Path Integral - MPPI) kontrolcüsü kullanılmıştır. MPPI algoritması, NVIDIA Jetson Orin NX gömülü bilgisayarı üzerinde optimize edilerek, robotun kinematik kısıtlarına uygun binlerce aday yörüngenin gerçek zamanlı simülasyonu gerçekleştirilmiştir. Gerçek dünya ortamında yapılan kapsamlı deneyler, önerilen sistemin dinamik engeller (insan, robot köpek vb.) karşısında anlık ve güvenli kaçınma manevraları üretebildiğini, çarpışmasız sürüş sağladığını ve potansiyel sıkışma durumlarında kurtarma (recovery) davranışlarını başarıyla uyguladığını doğrulamıştır.
Özet (Çeviri)
The expansion of autonomous mobile robots (AMRs) from industrial facilities to environments shared with humans, such as hospitals, offices, and social spaces, has made the success of navigation algorithms under dynamic uncertainties critical. While traditional navigation methods perform well on static maps, they often fall short or lead to the“freezing robot”problem in chaotic scenarios involving suddenly moving obstacles. This thesis presents the design and implementation of an integrated autonomous navigation system capable of avoiding static and dynamic obstacles in a safe, predictive, and smooth manner on a known map. Within the scope of this study, a unique mobile robot platform with a skid-steer kinematic structure was developed from scratch, including its mechanical, electronic, and software layers, to provide high maneuverability in narrow indoor spaces. Odometry errors caused by the inevitable slippage problem inherent in skid-steer vehicles during turning maneuvers were minimized by combining wheel encoder data with Inertial Measurement Unit (IMU) data using an Extended Kalman Filter (EKF)-based sensor fusion. In the perception system, a hybrid structure integrating a 3D LiDAR for long-range scanning and 2D LiDAR sensors to eliminate near-field blind spots was employed to ensure continuous 360-degree environmental awareness. The software architecture was built upon ROS 2 (Robot Operating System) and the Nav2 navigation stack. In this study, instead of the classical Model Predictive Control (MPC), which has differentiability constraints, or the reactive Dynamic Window Approach (DWA), the Model Predictive Path Integral (MPPI) controller—a derivative-free, stochastic, and sampling-based method—was used for the local planning and control stage. The MPPI algorithm was optimized on the NVIDIA Jetson Orin NX embedded computer to perform real-time simulation of thousands of candidate trajectories compliant with the robot's kinematic constraints. Comprehensive experiments conducted in a real-world environment confirmed that the proposed system can generate instantaneous and safe avoidance maneuvers against dynamic obstacles (such as humans, robot dogs, etc.), ensure collision-free navigation, and successfully execute recovery behaviors in potential deadlock situations.
Benzer Tezler
- Dinamik engellerin bulunduğu ortamda gezgin robot için hareket planlama
Motion planning for mobil robot in enviroments where dynamic obstacles
MEHMET LAFCI
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKarabük ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İHSAN ULUER
- Bilgisayar kontrollü kartezyen robot
Computer controlled cartesian robot
SEMİH ÖNGİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
Makine MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GALİP CANSEVER
- Çizgi izleyen gezgin bir robotun incelenmesi ve gerçeklenmesi
Investigation and realization of a line following mobile robot
YASİN ÖZDEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2006
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOndokuz Mayıs ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ABDULLAH SEZGİN
- Engellerin bulunduğu ortamda gezgin robotun en iyi yolu bulması ve izlemesi
Two-stage shortest path algorithm with obstacle avoidance for mobile robots
VOLKAN ARICI
Yüksek Lisans
Türkçe
2008
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBaşkent ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü
YRD. DOÇ. DR. MUSTAFA DOĞAN
- Gezgin robotun görme tabanlı ve gerçek zamanlı olarak engelden sakınımı
Vision based and real time obstacle avoidance of mobile robot
ADEM HİÇDURMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolYalova ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ADEM TUNCER