Diferansiyel sürüş sistemli mobil robotların çok sayıda sabit ve hareketli engeller arasındaki hareket planlaması ve hiper gereğinden çok serbestlik dereceli robotların üç boyutlu dar ortamlarda keskin manevra kabiliyetinin arttırılması

Abstract

Bu tezde, hem mobil robotun hem de bu robotun üzerine yerleştirilen gereğinden/hiper-gereğinden çok serbestlik dereceli manipülatörün yol ve hareket planlaması problemleri üzerine çalışılmıştır. Çalışma iki kısımdan oluşmaktadır. Çalışmanın birinci kısmında, sabit ve hareketli engellerle dolu olan iki ve üç boyutlu hareket ortamlarında mobil robotun hareket planlamasının gerçekleştirilmesi amacıyla “Hayali Engellerle Güçlendirilmiş Güvenlik Çemberleri” (SC-IO) isminde yeni bir algoritma sunulmuştur. Öncelikle, algoritmada başlangıç noktasından hedef noktasına doğru bir global yol sadece sabit engellerin konumları dikkate alınarak potansiyel alan metodu aracılığıyla belirlenmiştir. Daha sonra, belirlenen yola güvenlik çemberleri eklenerek robotun tüm engellerden kaçınması ve güvenle hedefine ulaşabilmesi için gerekli olan hız değerleri hesaplanmıştır. Algoritmanın sınırları dâhilinde hiçbir çözümün bulunamadığı durumlarda, belirlenen yol hayali engeller yardımıyla güncellenerek hareket planlaması gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın ikinci kısmında ise, sabit engellerle dolu ve dar alanlardan oluşan iki ve üç boyutlu hareket ortamlarında gereğinden/hiper-gereğinden çok serbestlik dereceli manipülatörün yol ve hareket planlaması için gerçek zamanlı yeni bir algoritma sunulmuştur. Öncelikle, hareket ortamında potansiyel alan metodu kullanılarak global yol elde edilmiştir. Daha sonra, ardışık iki yol noktasının oluşturduğu doğruya dik olacak şekilde ışın doğruları üretilmiştir. Son olarak, basit bir kontrol stratejisi uygulanarak belirlenen yol üzerinde hareket planlaması gerçekleştirilmiştir. Bu tezde sunulan örnek hareket simülasyonları geliştirilmiş olan her iki algoritmanın basit ve sağlam bir yapıya sahip olduklarını göstermektedir. Özellikle hiper manipülatör için üç boyutlu hareket ortamlarında geliştirilen metot literatürde bulunan metotlar ile kıyaslandığında, metodun manevra kabiliyetinin bu metotlara göre oldukça üstün olduğu bariz bir şekilde görülmektedir.

In this thesis, it has been studied on path and motion planning problems of both the mobile robot and the redundant/hyper-redundant manipulator which is placed on the mobile robot. The study consists of two parts. In the first part, a novel algorithm for mobile robot motion planning in two- and three-dimensional workspaces cluttered with stationary and moving obstacles called “Safety Circles with Imaginary Obstacles” (SC-IO) is presented. First, a global path from start point to the goal point is determined by using stationary obstacle positions via potential field method. Then, the speed values required for the robot to avoid all obstacles and reach its goal safely are calculated by placing safety circles on the global path. In cases where no solution can be found within the limits of the algorithm, the motion planning is achieved by updating the determined path with the help of imaginary obstacles. In the second part of the study, a novel real-time algorithm for the path and motion planning of the redundant/hyper-redundant manipulator in two- and three-dimensional workspaces cluttered with stationary obstacles and tight areas is presented. First, a global path is obtained by using potential field method in the workspace. Then, beam lines are generated in such a way that they will be perpendicular to the line formed by the two consecutive path points. Finally, the motion planning is achieved on the determined path by employing a simply control strategy. The exemplary motion simulations presented in this thesis show that the developed two algorithms have a simple and robust structure. Especially when the method developed for hyper-manipulator in three-dimensional workspaces is compared with the existing methods in the literature, it has been seen that the maneuverability of the method is quite superior to these methods.