Geri Dön

DEĞİŞKEN ZEMİN KARAKTERİSTİKLERİNE SAHİP YÜZEYLERDE MOBİL ROBOT LOKALİZASYONUNUN İYİLEŞTİRİLMESİ

IMPROVING MOBILE ROBOT LOCALIZATION ON SURFACES WITH VARYING GROUND CHARACTERISTICS

  1. Tez No: 1007594
  2. Yazar: BAHADIR KIRYOLCU
  3. Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ OĞUZ MISIR
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Mekatronik Mühendisliği, Mechatronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2026
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Bursa Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Mekatronik Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Mobil robotların endüstriyel otomasyondan hizmet sektörüne uzanan geniş uygulama alanlarında artan rolü, bu sistemler için otonom navigasyonun güvenilirliğini kritik hale getirmektedir. Otonom navigasyonun temel unsuru, robotun harita içerisindeki konumunu ve yönelimini hassas bir şekilde belirlemesi olarak tanımlanan lokalizasyon problemidir. Odometriye dayalı, tekerlek enkoder verilerini kullanan konum kestirim yöntemleri, farklı zeminlerdeki tekerlek kaymalarının neden olduğu kümülatif (birikimli) hatalar sebebiyle lokalizasyon sapmalarına yol açmaktadır. Bu sorunu aşmak amacıyla, odometri verileri lazer tarayıcılar (LİDAR) gibi harici sensörlerle bütünleştirilmekte; Genişletilmiş Kalman Filtresi (EKF) ve parçacık filtresi tabanlı Adaptif Monte Carlo Lokalizasyonu (AMCL) gibi sensör füzyonu yöntemleri kullanılmaktadır. Bu çalışma, farklı zemin koşullarında AMCL ve EKF tabanlı algoritmaların lokalizasyon performansı üzerindeki etkilerini karşılaştırmalı olarak incelemektedir. Belirlenen bir rota üzerinde farklı sürtünme ve kayma karakteristiklerine sahip zemin yüzeylerinin odometri hatalarını nasıl tetiklediği ve bu hataların EKF ve AMCL gibi sensör füzyonu tabanlı düzeltme mekanizmalarının doğruluğunu ne ölçüde etkilediği ele alınmaktadır. Söz konusu algoritmaların performans analizleri; yalnızca simülasyon ortamında kurgulanan ideal (Z0), kaygan (Z1) ve heterojen sürtünmeli karma (Z2) zemin senaryolarıyla sınırlı kalmamış, aynı zamanda laboratuvar ortamında gerçek bir mobil robot (TurtleBot3) üzerinde gerçekleştirilen fiziksel donanım testleriyle de doğrulanmıştır. Benzetim bulgularına göre; yüksek sürtünmeli ideal zemin koşullarında algoritmalar arası yaklaşık 2.7 ile 4.5 metre aralığında kümülatif hata sapmaları gözlenirken, düşük sürtünmeli kaygan senaryoda EKF ile AMCL arasındaki farkın 8 ile 9 metre aralığına çıkarak AMCL'nin referans üretmekte zorlandığı tespit edilmiştir. Heterojen sürtünme özelliklerine sahip karma zemin senaryosunda ise EKF'nin, odometri sapmalarını tüm deney boyunca 1 ile 1.5 metre aralığında tutarak kararlı biçimde filtreleyebildiği; AMCL'nin ise tekerlek kaymasından kaynaklı hareket modeli bozulmalarına karşı daha duyarlı olduğu görülmüştür. Simülasyon sonuçlarını valide eden gerçek zemin testlerinden elde edilen bulgular, zemin pürüzleri ve fiziksel tekerlek kaymaları altında salt odometri tabanlı konumlandırmanın“gerçeklik boşluğu”(reality gap) yaratarak hızla saptığını (yaklaşık 0.96 metre odometri-EKF uyuşmazlığı); buna karşın EKF ve AMCL yöntemlerinin beraber kullanımının bu sapmayı 0.44 metre gibi düşük seviyelere indirerek donanımsal düzeyde yüksek uyum sağladığını kanıtlamıştır. Gözlemlenen tüm bu sonuçlar neticesinde; EKF performansının doğrudan doğru parametre yapılandırmasına bağlı olduğu, AMCL'nin ise tekerlek kayması ve zemin kaynaklı belirsizliklerin baskın olduğu senaryolarda kümülatif hata üretmeye yatkın olduğu ortaya konmuştur. Değişken ve zorlu zemin koşullarında lokalizasyon doğruluğunu artırmak ve kümülatif sürüklenmeyi sönümlemek amacıyla, EKF'nin anlık izleme yeteneği ile AMCL'nin harita tabanlı küresel düzeltme kapasitesini birleştiren çok katmanlı hibrit (EKF+AMCL) yaklaşımların kullanılması önerilmektedir.

Özet (Çeviri)

The growing role of mobile robots in diverse applications, ranging from industrial automation to the service sector, has rendered the reliability of autonomous navigation critical for these systems. A fundamental component of autonomous navigation is the localization problem, which is defined as the precise determination of the robot's position and orientation within a map. Odometry-based methods that rely on wheel encoder data for pose estimation often suffer from localization drift due to error accumulation caused by wheel slippage on various ground surfaces. To overcome this issue, odometry data is fused with external sensors, such as laser scanners (LiDAR), employing methods like the Extended Kalman Filter (EKF) and particle filter-based Adaptive Monte Carlo Localization (AMCL). This study presents a comparative analysis of the effects of EKF and AMCL-based algorithms on localization performance under varying ground conditions. It investigates how ground surfaces with distinct friction and slippage characteristics trigger odometry errors along a predefined trajectory, and the extent to which these errors impact the accuracy of sensor fusion-based correction mechanisms, namely EKF and AMCL. Through the conducted simulations, variations in localization performance between the evaluated algorithms are observed corresponding to different ground conditions. Under ideal, high-friction ground conditions, a discrepancy with a cumulative error of approximately 3 meters emerged between EKF and AMCL, whereas the deviation between odometry and AMCL reached up to 4.5 meters. Conversely, the difference between odometry and EKF peaked at approximately 2.7 meters toward the end of the trajectory. This observation indicates that, on ideal surfaces, the EKF exhibits a discrepancy relative to the AMCL reference. In a lower-friction ground scenario, the discrepancy between odometry and EKF remained within an approximate 1-meter band throughout the trajectory. In contrast, the deviations between EKF and AMCL, as well as between odometry and AMCL, ranged from 8 to 9 meters, resulting in a substantial cumulative error. These findings suggest that an appropriately tuned EKF can stably filter odometry data on slippery surfaces, whereas AMCL struggles to establish a reliable reference under such conditions. In a mixed-ground scenario with heterogeneous friction characteristics, the discrepancy between EKF and AMCL peaked between 8 and 9 meters during the early stages but decreased to approximately 5 meters toward the conclusion of the experiment. While the difference between odometry and AMCL similarly regressed from 8 meters to 5 meters, the deviation between odometry and EKF consistently remained within a 1 to 1.5-meter range throughout the entire experiment. This demonstrates that the EKF provides a more consistent solution under variable ground conditions, whereas AMCL is highly sensitive to disturbances in the motion model. Ultimately, the observed results indicate that EKF performance is heavily reliant on accurate parameter configuration, while AMCL is more susceptible to generating cumulative errors in scenarios dominated by wheel slippage and ground-induced uncertainties.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    142597

    Yeni Cami'nin akustik açıdan performans değerlendirmesi

    Evaluation of the acoustical performance of the New Mosque

    EVREN YILDIRIM

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2003

    Mimarlıkİstanbul Teknik Üniversitesi

    Mimarlık Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SEVTAP YILMAZ DEMİRKALE

  2. Tez No

    588074

    Influence of grain characteristics on stress-dilatancy relationship and failure surface geometry

    Tane özelliklerinin gerilme-genleşim bağıntıları ve göçme yüzeyi geometrisine etkileri

    ÇAĞDAŞ ARDA

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    İnşaat MühendisliğiBoğaziçi Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ÖZER ÇİNİCİOĞLU

  3. Tez No

    887880

    Calculation of nitrous oxide emissions of municipal wastewater treatment plants under dynamic loads with simulation models

    Kentsel atıksu arıtma tesislerinin dinamik yükler altında nitröz oksit emisyonlarının simülasyon modelleri ile hesaplanması

    HÜSEYİN NALBANTO

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HAYRETTİN GÜÇLÜ İNSEL

  4. Tez No

    1013405

    Tip 2 diyabet nedeniyle ampute olan bireylerde ikili görevin ayak açıklığı ve ilişkili yürüyüş karakteristiklerine etkilerinin incelenmesi

    Investigating the effect of dual task on foot clearance and related gait characteristics in individuals amputated due to type 2 diabetes

    ALPEREN AKMAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2026

    Fiziksel Tıp ve RehabilitasyonTrakya Üniversitesi

    Ortopedik Fizyoterapi ve Rehabilitasyon Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. HİLAL KEKLİCEK

  5. Tez No

    472845

    Mevcut betonarme yapıların deprem performanslarının belirlenmesi ve viskoz akışkanlı sönümleyiciler ile güçlendirilmesi için artımsal analize dayalı bir algoritma

    An algorithm based on incremental analysis to evaluate performance and retrofit with viscous dampers of existing reinforced conrete structures

    YAVUZ DURGUN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2013

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ERKAN ÖZER

Geri Dön