Global path planning for unmanned surface vehicles
İnsansız deniz araçları için global yol planlama
- Tez No: 961726
- Danışmanlar: PROF. DR. SIRMA YAVUZ, DR. ÖĞR. ÜYESİ NİHAL ALTUNTAŞ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Computer Engineering and Computer Science and Control
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Bilgisayar Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 100
Özet
İnsansız Deniz Araçları (İDA), robotik alanındaki en önemli konulardan biridir. Farklı türdeki mobil robotlarda olduğu gibi, yol planlama, engelden kaçınma ve yol takibi gibi çalışma alanları araştırmacıların ilgisini çekmeye devam etmektedir. Robotun görevi ne olursa olsun, global yol planlaması mobil robotlar için kritik bir öneme sahiptir. Seyahat süresini en aza indirmek, en kısa yolu bulmak veya güç tüketimini azaltmak gibi optimizasyon problemlerinin çözümü bu yolla sağlanmaktadır. Su üstü seyahat, diğer mobil robotlara kıyasla manevra kabiliyetinin azalmasına neden olur. Bu nedenle, İDA'lar için yol planlamasındaki temel zorluklardan biri, keskin dönüşlerin ve ani duruşların önlenmesidir. Bu bağlamda global yol planlaması yalnızca en kısa rotayı hesaplamakla kalmamalı, aynı zamanda yumuşak dönüşler de sağlamalıdır. Bézier eğrileri, literatürde yol yumuşatma amacıyla yaygın olarak kullanılan yöntemlerden biridir. Bazı çalışmalar yalnızca dönüşlerin yumuşatılması odaklı çalışırken, tüm yol üstünde yumuşatma sağlanması navigasyon kalitesini artırmaktadır. Bu çalışma kapsamında benzer çalışmalardan farklı olarak, kontrol poligonu direkt Hızlı Keşfeden Rastgele Ağaç (RRT) ile hesaplanmış global yol olan Bézier eğrileri kullanılmıştır. Bu yöntem bizi problemin çok amaçlı bir optimizasyon problemi olarak tanımlanması zorluğundan kurtarmıştır. Yaklaşımımızın son aşamasında, önerdiğimiz kontrol noktası azaltma yöntemi ise yolun uygunluğunu bozmadan eğri tanımının karmaşıklığını azaltmayı amaçlamaktadır. Bu çalışmada ayrıca kontrol noktası azaltma yönteminin geliştirilmiş bir versiyonunu da önerilmiştir. Buna göre, yöntemimiz yalnızca engellere güvenli mesafede bulunan noktalarda kontrol noktalarını azaltarak engellerin yakınlarında ise kısıtlı nokta azaltma yöntemi uygulayarak karmaşık ortamlarda daha güvenli bir navigasyon sağlarken, açık alanlarda daha hızlı hareket etmeye olanak tanımaktadır. Deneysel sonuçlarımız, özellikle seyahat süresi açısından farklı boyutta ve özellikteki haritalarda önemli iyileştirmeler göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Unmanned Surface Vehicles (USVs) remains one of the hot topics in robotics. In the same manner as different types of mobile robots, study areas such as path planning, obstacle avoidance, path following etc. gain attentions of researchers. Irrespective of the robot's task, global path planning is essential for mobile robots. It aims for robots to reach to the goal in optimal conditions such as less travel time, shortest path, maximum power consumption. Being on water causes lack of maneuverability comparing other mobile robots. Hence, a key challenge in path planning for USVs is ensuring that sharp turns and sharp breaks are avoided. Therefore, global path planning must not only calculate the shortest path but also provide smoothness. Bézier Curves are one of the main methods used for smoothing paths in the literature. Some studies have focused on turns alone; however, continuous path smoothness across the entire trajectory enhances navigational quality. Contrary to similar studies, we applied Bézier Curves whose control polygon is defined by an Rapidly Exploring Random Tree (RRT) path and thus avoided a multi-objective formulation. In the final stage of our approach, we proposed a control point reduction method in order to decrease the time complexity without affecting the feasibility of the path. An improved version of control point reduction is also proposed in this study. This method aims further point reduction only in safe distance to obstacles. Therefore, around obstacles control point reduction is limited. This provides safer path around obstacles and faster travel in open area on map. Our experimental results suggest significant improvements for multiple map sizes, in terms of path smoothness.
Benzer Tezler
- COLREGs-compliant and non-prioritized motion planning for autonomous unmanned surface vehicles
Otonom insansız deniz araçları için COLREG-uyumlu ve önceliksiz hareket planlaması
MUSTAFA BAYRAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Medeniyet ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ HALUK BAYRAM
- Motion planning and control of underactuated systems over optimized trajectories
Kısıtlı tahrikli sistemlerin optimize yörüngeler üzerinde hareket planlaması ve kontrolü
EMİNALP KOYUNCU
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA MERT ANKARALI
- Artificial potential function-based water quality monitoring using unmanned surface vehicle
Suüstü robotu kullanarak yapay potansiyel fonksiyon tabanlı su kalitesi izleme
EMRE FİKRİ BALTACI
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Medeniyet ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ HALUK BAYRAM
- Otonom araçlar için 2B lazer tarayıcı kullanılarak yeni 3B LIDAR sistemi elde edilmesi ve engel tespiti
Obtaining a new type 3D LIDAR system using 2D laser scanner for autonomous vehicles and obstacle detection
AHMET KAĞIZMAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERDİNÇ ALTUĞ
- F-16 savaş uçağı hareket modları ve karşılaştırmalı kontrol sistemleri (PID, LQR, SAS) tasarımı
Comparative control systems design with F-16 fighter aircraft motion modes and control systems (PID, LQR, SAS)
ORHAN KARA
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Savunma ve Savunma Teknolojileriİstanbul Teknik ÜniversitesiSavunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ELBRUS JAFAROV