Özdeş olmayan bileşenlerden oluşan multikopter yapıları ve çoklu yapı uygulamaları: sürü modelleri tasarımı

Abstract

Bu tezde, özdeş olmayan multikopter tiplerini ve çoklu robot uygulamalarını çalıştırabilecek uçuş denetim, konumlandırma ve çoklu robot denetim sistemleri tasarlanması amaçlanmıştır. Amaç doğrultusunda öncelikle otonom olarak çalışabilecek uçan robot sistemi tasarımı sunulmuştur. Robotun uçuş denetiminde irtifa ve durum denetimi gerçekleştirilmiş olup uçuş için PID denetim kullanılmıştır. Tasarlanan sistem dört rotorlu ve altı rotorlu hava araçlarının uçuş denetimi için denenmiştir. Bu uygulamanın ardından, çoklu robot uygulamalarında önemli olan konumlandırma problemine görüntü işleme tabanlı çözümler üretilmiştir. Konumlandırma için görsel eşleme ile robotlar arası konumlandırma ve tek gözlü etkin poz takibi yöntemleri oluşturulmuştur. Bu yöntemlerden görsel eşleme tabanlı konumlandırmada robotlar aşağı yönde bakan kameralardan aldıkları eşsiz görüntüleri birbirleriyle paylaşmakta ve dağıtık olarak konum tahmini yapmaktadırlar. Tek gözlü etkin poz takibinde ise robotların çalışma esnasında ön tarafında bulunan kameradan aldıkları görüntüler ile her robot kendi konum değişimini hesaplamaktadır. Son olarak, robotların konum bilgileri ve bulanık mantık kullanılarak akın etme ve düzen alma için bir model önerilmiştir. Bu modelde robotlar düzen deseninin tanımlı olduğu bölgeye kadar Boids algoritmasından türetilen bulanık akın algoritmasını kullanarak ulaşmakta ve sonrasında geometrik deseni oluşturan belirli hedef noktalara gitme eylemini gerçekleştirmektedir. Tez sonucunda tasarlanan denetim sistemi ile farklı tipte hava araçlarının uçuş denetimi gerçekleştirilmiştir. Önerilen konumlandırma yöntemleri benzetimler ve gerçek görüntüler üzerinde çalıştırılarak uygulanabilirlikleri ortaya konmuştur. Birden çok robotun verilen görevi bireysel veya işbirlikli olarak yerine getirmesi incelenmiş ve geliştirilen bulanık akın algoritmasının sağladığı avantaj ve dezavantajlar ortaya konmuştur.

In this thesis, it is aimed to design flight control, positioning and multirobot control systems which can operate non-identical multicopter types and multi-robot applications. For the purpose, firstly, a flying robot system design which can work autonomously was presented. PID control was used for the flight. The designed system has been tested for flight control of quadcopter and hexacopter. Subsequently, image processing based solutions have been produced for positioning problems which are important in multi-robot applications. Interrobot positioning with feature matching based model matching and monocular odometry methods were created. From these methods, in the feature matching based positioning, the robots share and match the unique images they receive from down facing cameras and distribute for the position estimation. In monocular odometry mode, each robot calculates its own position change with the images taken from the camera located on the front side of the robot during operation. Finally, a model for flocking and formation using robots' position information and fuzzy logic has been proposed. In this model, the robots arrive at the target area using the fuzzy flocking algorithm derived from the Boids algorithm until the region where the pattern is defined, and then perform a specific target point action that creates the geometric pattern. With the control system designed as a result of the thesis, flight control of different types of aircraft was realized. The proposed positioning methods are simulated and run on actual images and demonstrated their applicability. Multiple robots have been investigated individually or collaboratively to perform tasks and the advantages and disadvantages of the developed fuzzy flocking algorithm have been revealed.