Development of a mobile robot performing transport implementations in a manufacturing plant
Bir üretim tesisinde taşıma uygulamalarını yerine getiren bir mobil robotun geliştirilmesi
- Tez No: 879700
- Danışmanlar: PROF. DR. PINAR DEMİRCİOĞLU, PROF. DR. İSMAİL BÖĞREKCİ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Aydın Adnan Menderes Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 247
Özet
daha sonrBu tez, modern üretim tesislerinde malzeme taşıma süreçlerini optimize etmek ve verimliliği artırmak amacıyla tasarlanmış bir mobil robotun geliştirilmesini kapsamlı bir şekilde incelemektedir. Tezin temel amacı, gelişmiş robotik ve otomasyon teknolojilerini uygulayarak manuel malzeme taşıma süreçlerindeki verimsizlikleri ve hataları gidermektir. Çalışma, mekanik tasarım, sensör teknolojisi entegrasyonu ve Robot İşletim Sistemi (ROS) çerçevesi aracılığıyla koordine edilen yazılım geliştirme gibi çeşitli kapsamlı aşamaları içermektedir. Tez çalışması, üretim ortamının operasyonel gereksinimlerine dayalı olarak robotun spesifikasyonlarının tanımlanmasıyla başlamıştır. Bunu robotun yük kapasitesi, manevra kabiliyeti ve fabrika zemin koşullarına uyum sağlama gereksinimlerini karşılaması için 3D parametrik modelleme kullanılarak ayrıntılı bir mekanik tasarımın oluşturulması takip etmiştir. Tasarım aşaması, maksimum yük koşullarında toplam deformasyonun 0.2 mm'nin altında tutulmasını sağlayarak mekanik statik yapısal analiz ve topoloji optimizasyonunu içermektedir. Navigasyonda güvenilirlik ve verimlilik için kaydırmalı direksiyon hareket sistemi tercih edilmiştir. Elektronik entegrasyon aşamasında, otonom operasyon için gerekli veri toplama ve kontrol yeteneklerini sağlayan çeşitli gelişmiş sensörler seçilmiştir. Ana bileşenler, hassas navigasyon için LIDAR, yönelim için IMU sensörleri, hareket takibi için kodlayıcılar ve çevresel algıyı artırmak için stereo kameraları içermektedir. Bu sensörler, robotun görevleri için gerekli işlem gücünü sağlamak amacıyla mikrodenetleyiciler ve yerleşik bir bilgisayar ile entegre edilmiştir. Mikroişlemci ile mikrodenetleyici arasında kablosuz iletişim de sağlanarak kesintisiz operasyon garanti edilmiştir. Yazılım geliştirme aşaması, yol planlama, engellerden kaçınma ve görev yerine getirme için sağlam algoritmalar oluşturmayı içermektedir. ROS çerçevesi, donanım bileşenleri arasında iletişimi kolaylaştırmak ve kontrol algoritmaları geliştirmek için kullanılmıştır. ROS içindeki Gmapping gibi araçlar haritalama, Adaptif Monte Carlo Lokalizasyon (AMCL) konumlama ve yol planlama için Hibrit A* algoritması kullanılmıştır. Doğru odometri verileri elde etmek için Genişletilmiş Kalman Filtresi (EKF) kullanılmıştır. Bu tekniklerinin kullanımı, kesin konumlama ve navigasyon için hayati önem taşımaktadır. Bahsedilen algoritmaların gerçek dünya uygulamalarından önce rafine edilmesi için kapsamlı simülasyonlar gerçekleştirilmiştir. Nihai prototip hem sanal hem de gerçek ortamlarda titiz testlere tabi tutulmuştur. Taşıma kapasitesi, hız, doğruluk ve güvenilirlik gibi önemli performans ölçütleri değerlendirilmiştir. Robot, ortalama 0.5 m/s taşıma hızı ve 5 cm içinde konumlama doğruluğu ile engellerden otonom olarak kaçınarak navigasyon yapma yeteneğini göstermiştir. Ortalama 100 kg yük taşıma kapasitesine sahip olan robot, yol doğruluğunda %2'den az sapma ile çalışmıştır. Ayrıca, robotun pil ömrü, üretim ortamlarında uzun vardiyalar için uygunluğunu kanıtlayarak 8 saat sürekli çalışma desteği sağlamıştır. Bu çalışmanın sonuçları, geliştirilen mobil robotun üretim tesislerinde malzeme taşıma süreçlerinde operasyonel verimlilik ve doğruluğu önemli ölçüde artırdığını göstermektedir. Robotun minimal insan müdahalesi ile otonom olarak navigasyon yapabilme ve taşıma görevlerini yerine getirme yeteneği, endüstriyel otomasyon alanında önemli bir ilerlemeyi temsil etmektedir. Bu tez, robotun malzeme taşıma süreçlerini optimize etme potansiyelini vurgulamakla kalmayıp, aynı zamanda robotik ve otomasyon teknolojilerinin pratik uygulamaları hakkında çığır açıcı bilgiler sunmaktadır. Bulgular, endüstriyel süreç verimliliğini artırmaya ve otomatik üretimin geleceğini benimsemeye adanmış araştırmacılar ve sektör profesyonelleri için hayati bir kaynak teşkil etmektedir. a doldurulacaktır
Özet (Çeviri)
daha sonra doldurulacaktırThis thesis investigates the development of a mobile robot engineered to enhance material transportation processes and improve efficiency within contemporary manufacturing facilities. The primary aim is to address the inefficiencies and errors inherent in manual material handling by implementing advanced robotics and automation technologies. The research encompasses several comprehensive stages: mechanical design, sensor technology integration, and software development, all coordinated through the Robot Operating System (ROS) framework. The thesis commenced with defining the robot's specifications based on the operational requirements of the manufacturing environment. This was followed by the creation of a detailed mechanical design using 3D parametric modeling to ensure the robot met the necessary specifications for payload capacity, maneuverability, and adaptability to factory floor conditions. The design phase included mechanical static structural analysis and topology optimization, ensuring structural integrity with total deformation maintained below 0.2 mm under maximum load conditions. A skid steering movement system was chosen for its reliability and efficiency in navigation. In the electronic integration phase, various advanced sensors were selected to provide essential data acquisition and control capabilities for autonomous operation. Key components included LIDAR for precise navigation, IMU sensors for orientation, encoders for movement tracking, and stereo cameras for enhanced environmental perception. These sensors were integrated with microcontrollers and an onboard computer, facilitating the necessary processing power for the robot's tasks. Wireless communication between the microprocessor and microcontroller was also established to ensure seamless operation. The software development phase involved creating robust algorithms for path planning, obstacle avoidance, and task execution. The ROS framework was utilized to facilitate communication between hardware components and develop control algorithms. Specific tools within ROS, such as Gmapping for mapping, Adaptive Monte Carlo Localization (AMCL) for positioning, and a Hybrid A* algorithm for path planning, were employed. An Extended Kalman Filter (EKF) was used to obtain accurate odometry data, essential for precise localization and navigation. Extensive simulations were conducted to refine these algorithms before real-world implementation. The final prototype underwent rigorous testing in both virtual and live production environments. Key performance metrics, such as carrying capacity, speed, accuracy, and reliability, were evaluated. The robot achieved an average transport speed of 0.5 m/s and a positioning accuracy within 5 cm, demonstrating its capability to navigate and avoid obstacles autonomously. It handled an average payload of 100 kg with a maximum deviation of less than 2% in path accuracy. Additionally, the robot's battery life supported continuous operation for up to 8 hours, proving its suitability for long shifts in manufacturing settings. The results of this study demonstrate that the developed mobile robot significantly improves operational efficiency and accuracy in material transport within manufacturing plants. Its ability to autonomously navigate and execute transport tasks with minimal human intervention represents a substantial advancement in industrial automation. This thesis not only highlights the robot's potential to optimize material handling processes but also provides groundbreaking insights into the practical application of robotics and automation technologies. The findings serve as a vital resource for researchers and industry professionals dedicated to enhancing industrial process efficiency and embracing the future of automated manufacturing.
Benzer Tezler
- Otonom uçan robot için nesne sınıflandırma yaklaşımıyla bilinmeyen kapalı alan içinde gerçek zamanlı ortam haritalandırması ve yol planlaması
Real-time mapping and path planning in an unknown indoor environment by object classification approach for autonomous flying robots
ÖNDER ALPARSLAN
Doktora
Türkçe
2023
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolMilli Savunma ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖMER ÇETİN
- Mobil robot kolunun PSO ile stabilizasyonu
PSO stabilization of mobile robot arm
AZİZ ULUSOY
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKahramanmaraş Sütçü İmam ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MAHİT GÜNEŞ
- Camera motion blur and its effect on feature detectors
Kamera hareket bulanıklığı ve öznitelik vektörlerine etkileri
FERİT ÜZER
Yüksek Lisans
İngilizce
2010
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü
YRD. DOÇ. DR. AFŞAR SARANLI
- Zaman ve mekân bağlamında teknolojinin düşünmesi ve sinamaya yansımaları
The phenomenon of the technology's thinking in the context of time and space and its reflections to the cinema
ÇETİN ATDEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Sahne ve Görüntü SanatlarıMarmara ÜniversitesiRadyo Televizyon ve Sinema Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYŞE KONCAVAR
- Development of autonomous mobile platform using visual and LiDAR based information on ROS environment
ROS ortamında görsel ve LiDAR tabanlı bilgiler kullanarak otonom mobil platform geliştirilmesi
SELİN PINAR KOÇ
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYaşar ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MAHİR KUTAY