İç mekan haritalama amaçlı gezgin robot uygulaması


Thesis Type: Postgraduate

Institution Of The Thesis: Marmara University, Institute for Graduate Studies in Pure and Applied Sciences, Department of Electronics-Computer Education, Turkey

Approval Date: 2013

Thesis Language: Turkish

Student: ERCAN COŞGUN

Supervisor: Hayriye Korkmaz

Abstract:

İÇ MEKÂN HARİTALAMA AMAÇLI GEZGİN ROBOT UYGULAMASI Robot teknolojileri üzerinde artarak devam eden çalışmalar, askeri, uzay ve medikal gibi birçok alanda yenilikçi çözümler sunmakta ve gün geçtikçe yaygınlaşarak kullanılmaktadır. Bu tezde uzaktan kontrol edilebilen ve daha önceden bilinmeyen bir ortamda otonom olmayan bir şekilde gezinerek ortamın 2-boyutlu haritasını çıkarabilen bir haritalama robotu tasarlanmıştır. Yapılan bu çalışmada robotun kontrolü Xilinx firmasının üretmiş olduğu Spartan 3E Starter kit FPGA (Field Programmable Gate Array) deney kartı ile sağlanmıştır. FPGA’i diğer işlemcilerden ayıran en önemli özelliği içyapısındaki donanım yapısının sabit olmayıp, kullanıcının programlamasına göre şekil almasıdır. Diğer bir özelliği ise sıradan işlemcilerin yapacağı işlemler sıralı bir şekilde devam ederken, FPGA’de yapılan işlemlerin paralel yapılabilmesidir. Böylece FPGA’de birden fazla işlem aynı anda yapılabilir. Bu çalışmayı diğer benzer çalışmalardan ayıran özelliği FPGA’in programlanması için VHDL, Verilog gibi metin tabanlı bir programlama dili kullanmak yerine, National Instruments firmasının geliştirmiş olduğu grafiksel geliştirme platformu olan LabVIEW ve LabVIEW FPGA Modül ’ün kullanılmasıdır. Böylelikle FPGA programlanırken VHDL ya da Verilog programlama dillerinin öğrenilmesi zorunluluğu ortadan kalkmaktadır. Ayrıca kullanıcı arayüz programı da LabVIEW ile tasarlanmıştır. Uzaktan kontrol edilebilen robotlarda kablosuz haberleşme yöntemi kullanılmaktadır. Mevcut haberleşme yöntemleri araştırılarak, bu çalışma için en uygun donanım olan Digi firmasına ait 1mW gücündeki XBee haberleşme modülü tercih edilmiştir. Böylece 800 m²’lik bir alan içinde robotun hareketi kontrol edilerek, robottan gelen veriler başarılı bir şekilde kaydedilebilecektir. Haritalama, robot üzerindeki algılayıcılardan alınan verilere göre yapılmaktadır. Haritalama robotlarında kullanılan algılayıcılar araştırılıp, bu uygulama için en uygun olanları seçilmiştir. Sağ-sol engel bilgisi ultrasonik mesafe algılayıcısı, robotun konum bilgisi optik enkoder, robotun yön bilgisi ise AHRS açı algılayıcısı kullanılarak elde edilmiştir. Ayrıca ileride eklenebilecek diğer algılayıcı ve donanımlar için de uygun bir alt yapı oluşturulmuştur. ABSTRACT MOBILE ROBOT APPLICATION FOR INDOOR MAPPING Ongoing studies about robot technologies offers innovative solutions in such areas as military, aerospace, and medical and becoming more widespread day by day. In this thesis, a remotely controllable indoor mapping robot that can navigate in a previously unknown environment is designed. It performs a two-dimensional mapping by navigating non-autonomously. In this study, the robot is controlled by using Spartan 3E Starter kit having an FPGA (Field Programmable Gate Array) manufactured by Xilinx. The distinguishing feature of FPGA, is own dynamic structure that can be feasibly programmed by user. Another feature of FPGA, data flow is provided as parallel whereas ordinary microprocessors made by sequentially. The distinctive feature of this work is usage of a graphical development platform LabVIEW instead of any text-based programming language such as VHDL or Verilog. Thus, LABVIEW FPGA Module removes the necessity of learning VHDL or Verilog during the programming of FPGA. In addition, user interface is also designed by LABVIEW. In robotics, various wireless communication methodologies are used for remote controlling. Current communication technologies have been investigated and the most proper communication device named XBee is preferred. Xbee, developed by Digi, has 1mW power. Thus, while robot is navigating in a range of 800 m2 all sensor data are logged successfully. Mapping is performed by using data received from sensors. All kind of sensors used are investigated and most suitable ones (cost-performance) are preferred. A couple of ultrasonic position sensor for left and right obstacle detection, an optic encoder for robot’s travelled distance, an AHRS for spatial position and direction information of the robot are used. Additionally, the system is suitably designed for any further hardware and software upgrade