Development of an ındoor topological navigation framework for mobile robots using 360-degree camera
360 derece kamera kullanan mobil robotlar için i̇ç mekan topolojik navigasyon çerçevesinin geliştirilmesi
- Tez No: 940964
- Danışmanlar: DOÇ. DR. AHMET BUĞRA KOKU, YRD. DOÇ. MURAT DURMAZ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Makine Mühendisliği, Computer Engineering and Computer Science and Control, Electrical and Electronics Engineering, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Robotik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 143
Özet
Bu tez, kapalı ortamlarda çalışan mobil robotlar için yenilikçi bir topolojik navigasyon çerçevesinin geliştirilmesini sunmaktadır. Metrik-sensörlere ihtiyaç duymayan, 360 derece kameralarla çalışan bir görsel navigasyon sistemi önerilmektedir. Robotun başına monte edilen 360 derece kamera ile her düğüm noktasında eşdikdörtgen (equirectangular) görüntüler alınır. Bu görüntülerle düğümler tanımlanarak topolojik bir harita oluşturulur ve düğümler arasındaki bağlantılar, öznitelik çıkarma (ALIKEd) ve eşleştirme (LightGlue) algoritmalarıyla tespit edilen ortak özniteliklere göre belirlenir. 8-nokta algoritması ve RANSAC kullanılarak düğümler arası yön vektörleri ve bağıl yönelimler hesaplanır. Elde edilen bu yön vektörleri ve bağıl yönelimler, ölçeğe bağlı olmayan düğüm koordinatlarını üretir; bu koordinatlar, referans krokiye karşı doğrulanır. Yol bulma aşamasında grafik arama algoritması kullanılır. Harita üzerindeki dört rota, önce normal yönde sonra ters yönde sürülerek önerilen topolojik navigasyon algoritmasının çift yönlü güvenilirliği test edildi. Ayrıca, bilinen pozisyonlara sahip tam bağlı 9 düğümden oluşan başka bir topolojik harita oluşturuldu. Her düğüm bir kez başlangıç, her komşu düğüm ise bir kez hedef olarak seçilerek 72 başlangıç–hedef denemesi gerçekleştirildi; bu denemelerde ortalama 0.32 m pozisyon hatası ve \%88.9 başarı oranı elde edildi. Robotun eline takılı ikinci bir 360 derece kamera ise yalnızca görsel verilerle hedef düğümdeki belirli bir nesnenin üçgenleme yoluyla konumunu belirler. İki rota ileri ve geri yönde sürülerek nesneye çift yönlü yaklaşma güvenilirliği doğrulandı. Ayrıca üç farklı iç mekân düzeninde yapılan testlerde ortalama 4.37 cm pozisyon hatası ve 2.5 derecenin altında yönelim hatası elde edildi. Tüm sonuçlar, robot hedef pozisyona ulaştıktan sonra manipülatörün 0.87 m yatay çalışma alanı içinde kalarak nesneye hassas bir şekilde yaklaşabildiğini göstermektedir.
Özet (Çeviri)
This thesis presents the development of an innovative topological navigation framework for mobile robots operating in indoor environments. A metric-free vision-based navigation system using 360-degree cameras is proposed to overcome the limitations of metric-based navigation systems. Equirectangular images are taken at each node by using a 360-degree camera mounted on the robot head. A topological map with nodes defined by equirectangular images is generated, and connections between nodes are determined using matching features. Feature extraction (ALIKEd) and matching (LightGlue) algorithms identify matching features. The 8-point algorithm with RANSAC estimates the heading vector and relative orientation between nodes. Heading vectors and relative orientations produce scale-free node coordinates, which are then validated with the reference floor plan. A graph search algorithm is utilized in the path-finding stage. Four routes across the map were driven in the normal direction and then in reverse, confirming that the proposed topological navigation algorithm supports reliable bidirectional travel. Also, another topological map consisting of fully connected 9 nodes with known positions was generated. Every node was used as a start once and as a goal for each of its eight neighbors, giving 72 start–goal trials with a mean position error of 0.32 m and an overall success rate of 88.9 \%. A hand-mounted 360-degree camera performs vision-only triangulation of a specific object in the goal node. Two routes were traversed forward and reverse, confirming reliable bidirectional approach to the object. Also, the triangulation algorithm was validated in three indoor layouts, achieving a mean position error of 4.37 cm and a mean orientation error below 2.5 degrees. Overall, the results demonstrate that once the robot reaches its target pose, the manipulator can servo precisely to the object while remaining entirely within its 0.87 m horizontal workspace.
Benzer Tezler
- Development of an indoor reactive topological navigation method using spherical images
Küresel görüntüler kullanarak iç mekan reaktif seyrüsefer yönteminin geliştirilmesi
YİĞİT ŞAHİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AHMET BUĞRA KOKU
- Geleneksel Gaziantep evlerindeki avluların rolünün yerel veriler bağlamında değerlendirilmesi
The evaluation of the role of the courtyards in traditional Gaziantep houses in context of local data
MUSTAFA ŞAHİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YÜKSEL DEMİR
- Development of an indoor navigation and automatic measurement system for construction sites
Başlık çevirisi yok
ERAY VARYETER
- İç ortamlar için yapay zeka tabanlı derinlik algılayan otonom araç geliştirilmesi
Development of an artificial intelligence based depth estimating autonomous vehicle for indoor environments
UTKU ULUSOY
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGazi ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ AYŞE DEMİRHAN
- Kapalı mekandaki acil durum senaryosunda tahliye alanlarının incelenmesi
Examination of evacuation areas in an indoor emergency scenario
MEHMET RAŞİD ÜÇKARDEŞLER
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiBilişim Uygulamaları Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HİMMET KARAMAN