Otonom robotlarda nokta bulutu tabanlı çevre haritalama ve konum belirleme

Abstract

Mühendislik teknolojisinin gelişmesiyle beraber insanların iş gücünü her alanda en aza indirgeyen robotların kullanımı yaygınlaşmıştır. Robotların daha çok tercih edildiği alanlar uzay bilimleri, biyomedikal, makine sanayi, telekomünikasyon ve iletişim şeklinde sıralanabilir. Haritalama alanında da robotların sıkça kullanılmasının başlıca nedeni erişimin zor ve tehlikeli olduğu bölgelerde ön keşif yapılarak can güvenliğini sağlamaktır. Haritalama robotları yarı otonom veya tam otonom olmak üzere iki farklı şekilde tasarlanabilmektedir. Bir robotun otonom özelliğe sahip olabilmesi, üzerine entegre edilen algılayıcılar ve kullanılan karar verme algoritmaları ile sağlanabilmektedir. Otonom robotların işlevlerini gerçekleştirebilmeleri için bulundukları ortamı bilmeleri ya da o anda keşfetmeleri gerekmektedir. Ortamın keşfi sırasında robotun eş zamanlı olarak kendi konumunu da belirleyebilmesi gerekmektedir. Literatürde bu konu Eş Zamanlı Konum Belirleme ve Haritalama (Simultaneous Localization and Mapping - SLAM) problemi olarak bilinmektedir. Bu tez kapsamında tam otonom bir haritalama robotu tasarlanmıştır. Mesafe algılayıcı olarak bir lidar mesafe algılayıcı olan Lidar Lite V3 tercih edilmiştir. Lidar algılayıcılar yüksek menzilli lazer mesafe algılayıcılardır. Lidar algılayıcıdan elde edilen uzaklık verilerindeki hatalar filtreleme algoritmaları ile giderilerek üç boyutlu ortam haritası çıkarılmıştır ve otonom robotun eş zamanlı olarak bulunduğu konumu belirlemesi sağlanmıştır.

With the development of engineering technology, the use of robots, which minimize the labor force of people in every field, has become widespread. The areas where robots are more preferred include space science, biomedical, machine industry, telecommunications and communication. The main reason for the frequent use of robots in the mapping area is to ensure the safety of life by making a preliminary exploration in areas where access is difficult and dangerous. The mapping robots can be designed in two different ways, semiautonomous or fully autonomous. The autonomous feature of a robot can be provided with integrated sensors and the decision-making algorithms used. Autonomous robots need to know or discover the environment they are existed in to perform their functions. During the discovery of the environment, the robot must be able to determine its own position simultaneously. In the literature, this issue is known as Simultaneous Localization and Mapping (SLAM). In this thesis, a fully autonomous mapping robot was designed. Lidar Lite V3, a lidar sensor, has been chosen as a distance sensor. Lidar sensors are high-range laser distance sensors. Errors in the distance data obtained from the Lidar sensor were resolved by filtering algorithms and a three-dimensional environment map was created and the autonomous robot was able to determine the location where it was located simultaneously.