Autonomous and manual driving of a multiple turret system in extreme environment
Çoklu bir kule sisteminin aşırı ortamda otonom ve manuel sürüşü
- Tez No: 999706
- Danışmanlar: PROF. DR. RAİF TUNA BALKAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tezde öncelikle yol planlama problemleri kapsamında çok boyutlu konfigürasyon uzayı elde etmek için iki yöntem geliştirilmiştir. Yol planlama problemleri genellikle doğrudan 3 boyutlu çalışma alanında çözülür. Ancak bu yöntem, çeşitli geometrik ve mekanik kısıtlamalara sahip robotların işlenmesinde yetersiz kalmaktadır. Bu zorlukların üstesinden gelmek için, yol planlaması biçimselleştirilebilir ve konfigürasyon uzayı adı verilen yeni bir uzayda çözülebilir. Birinci yöntemde, sistemin tüm gövdelerinin nokta bulutları ve bunların etkileşimi kullanılır. İkinci yöntem, vücut yüzeyleri arasındaki minimum mesafelerin aynı anda ölçüldüğü simülasyon yazılımının boşluk fonksiyonu kullanılarak gerçekleştirilir. Bu iki yöntemde bir çift taret sisteminin örnek bir 4-D konfigürasyon alanı elde edilir. Bunun bir sonucu olarak, bu iki yol arasındaki fark, nokta bulutu yoğunluğuna bağlı olarak yaklaşık %1'dir. Ardından, sıkıcı manuel konumlandırma sürecini kullanmak yerine, askeri taretlerin doğruluklarını ve verimliliklerini artırmak için çevrimdışı bir yol planlama algoritması geliştirilir. Bu araştırma kapsamında, uygulamaya bağlı olarak hızlı, orta ve optimum olmak üzere üç yakınsayan seçenek sağlanarak dikdörtgen, dairesel ve torus şekilli olmak üzere üç farklı konfigürasyon uzayında yol aramak için bir algoritma önerilmiştir. Önerilen algoritma yardımıyla 6 dizi ve seçenekleri kullanılarak 4 boyutlu (D) yol planlama problemi 2-D + 2-D olarak gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar simüle edildi ve bu üç seçenekte hiçbir cisim arasında çarpışma gözlemlenmedi. Son olarak, yeni çarpışmadan kaçınma algoritması sayesinde her türlü taret belirtilen hız, ivme ve sarsıntı limitlerine göre daha verimli ve güvenli bir şekilde sürülebilmektedir. Olası tüm en kötü senaryolar tek tek incelendiği için hem simülasyonlarda hem de gerçek zamanlı testlerde algoritmanın çarpışmasız hareket sağlaması garanti edilmektedir. Algoritmanın performans ölçümü için en kötü senaryoların oluşabileceği bir konfigürasyon alanı oluşturulur ve tüm testlerde aynı alan kullanılır. Bu testler sonucunda çarpışma olmadığı gösterilmiştir. Son olarak, kademeli konum kontrol döngüsü eklenerek, herhangi bir çarpışma olmadan başlangıç noktasından istenen hedef noktasına hareket sağlanır. Bu algoritmayı diğerlerinden ayıran en önemli özelliği hem hız hem de konumun kontrol edilebilmesi ve geçiş aşamasında hedef noktasının anlık olarak değiştirilebilmesidir. Ayrıca sistemin çarpışmasız hareket etmesi için herhangi bir hedef pozisyon gerekli değildir, sadece eksen hız komutları yeterlidir. Algoritma potansiyel saha tabanlı yöntemlerin aksine hız ve tork döngülerine müdahale etmediği için sadece hız referansları manipüle edilerek kullanıma hazır sistemlere eklenebilir.
Özet (Çeviri)
In this thesis, firstly two methods are developed to obtain multi-dimensional configuration space for path planning problems. In typical cases, the path planning problems are solved directly in the 3-D workspace. However, this method is inefficient in handling the robots with various geometrical and mechanical restrictions. To overcome these difficulties, path planning may be formalized and solved in a new space which is called configuration space. In the first method, the point clouds of all the bodies of the system and interaction of them are used. The second method is performed via using the clearance function of simulation software where the minimum distances between surfaces of bodies are simultaneously measured. A sample 4-D configuration space of a double-turret system is obtained in these two methods. As a result of this, the difference between these two ways is about 1% which depends on the point cloud density. Then, Instead of using the tedious process of manual positioning, an off-line path planning algorithm has been developed for military turrets to improve their accuracy and efficiency. In the scope of this research, an algorithm is proposed to search a path in three different types of configuration spaces which are rectangular, circular and torus shaped by providing three converging options named as fast, medium and optimum depending on the application. With the help of the proposed algorithm, 4-dimensional (D) path planning problem was realized as 2-D + 2-D by using 6 sequences and their options. The results obtained were simulated and no collision was observed between any bodies in these three options. Finally, with the help of new collision avoidance algorithm, all types of turrets can be driven more efficiently and safely according to the specified speed, acceleration and jerk limits. Since all possible worst scenarios are examined one by one, it is guaranteed that the algorithm provides collision free motion in both simulations and real-time tests. A configuration space where worst scenarios can occur is created for the performance measurement of the algorithm, and the same space is used in all tests. As a result of these tests, it is shown that there is no collision. Finally, by adding cascade position control loop, the departure from the starting point to the desired target point is achieved without any collision. The most important feature that distinguishes this algorithm from others is both speed and position can be controlled and during transition phase, the target point can be changed instantly. In addition, no target position is required for the system to move collision-free, only axis speed commands are sufficient. Since the algorithm does not intervene in the speed and torque loops in contrast to potential field-based methods, it can be added to ready-to-use systems by manipulating only the speed references.
Benzer Tezler
- Su parametrelerinin çevrimiçi izlemesi ve CBS kullanılarak değerlendirilmesi amacı ile otonom insansız yüzey aracı geliştirilmesi
Development of autonomous unmanned surface vehicle for online monitoring and evaluation of water parameters using GIS
HÜSEYİN DURAN
Doktora
Türkçe
2025
Çevre MühendisliğiAkdeniz ÜniversitesiUzaktan Algılama ve Coğrafi Bilgi Sistemleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NAMIK KEMAL SÖNMEZ
- ROS tabanlı mobil robotun yapımı ve yönetimi
Construction and management of ROS based mobile robot
MELİH KORKMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolBursa Teknik ÜniversitesiAkıllı Sistemler Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İZZET FATİH ŞENTÜRK
- Single frame targetless lidar-camera calibration using region of interest based edge features
Bölge ilgi tabanlı kenar özellikleri kullanılarak tek kareli hedefsiz lidar-kamera kalibrasyonu
MAHSUN BİNGÖL
Yüksek Lisans
İngilizce
2026
Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. VOLKAN SEZER
- İmalat stratejileri ve imalat teknolojisi seçiminde uzman sistem yaklaşımı
Manufacturing strategies and an expert system approach to selecting manufacturing technology
İBRAHİM ÇİL
Doktora
Türkçe
1997
Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RAMAZAN EVREN
- Design and development of novel obstacle avoidance algorithms using the fully autonomous wheelchair platform
Tam otonom tekerlekli sandalye platformu kullanarak yenilikçi engelden kaçınma algoritmalarının tasarımı ve geliştirilmesi
HOSEIN HOUSHYARI
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. VOLKAN SEZER