Mobile robots

Abstract

In this thesis, the main object is to give an idea of mobile robot concept because mobile robotics is a very new field of robotics research in our country and also technologically developed countries. In chapter 1, definitions of mobile robot, design considerations, a brief overview of mobile robot projects, and the application areas where mobile robots are used have been explained in details. In chapter 2, the basic locomotion systems of mobile robots have been concerned. According to this consideration, mobile robots can be classified as: Wheeled mobile robots, Tracked mobile robots Legged mobile robots Articulated body structured mobile robots Combinations of basic configurations The drawbacks and advantages of each locomotion system have been studied. In chapter 3, basic navigation and multisensory navigation systems used for mobile robots so far have been studied by giving the real application examples. In chapter 4, global path planning, local path planning and collision avoidance have been concerned including commonly used path planning techniques for mobile robots. In chapter 5, control structures for autonomous mobile robots have been studied. These control structures are divided into mainly two categories: Functional Decomposition Behavioral Decomposition Under this classification, significant control structures belong to these groups have been explained in details. In chapter 6, simulation of a point-to-point (PTP) motion control of a three- wheeled differentially steered mobile robot has been studied.

Bu tez çalışmasındaki ana amaç, günümüz yüksek teknolojisinin dünyada ve ülkemizde oldukça yeni bir araştırma konusu olan mobil robotlar hakkında bir fikir vermektir. Bu amaç doğrultusunda da mobil robotların tarihsel gelişimleri, belli başlı projeler, uygulama alanları, temel hareket sistemleri, gezinim sistemleri, yörünge planlama ve planlama teknikleri ve kontrol yapılan genel bir çerçevede incelenmiştir. Ayrıca dar bir kapsamda, üç tekerlekli diferansiyel tahrikli bir mobil robotun noktadan noktaya hareket kontrolünün bilgisayarda simülasyonu gerçekleştirilmiştir. Mobil robot, en genel biçimde, verilen bir yön ve konum boyunca hareket edebilme yeteneği olarak tanımlanabilen mobilitesine göre otomatik olarak hareket edebilen serbest programlanabilir veya özerk bir araçtır. Diğer bir deyişle, mobil robot, belirli bir serbestlik derecesine sahip olarak tamamiyle kontrol edilebilen bir şekilde hareket edebilen makinalar olarak ifade edilmektedir. Endüstriyel robotların çoğu, sabit bir tabana monte edilir ve hareket edemezler. Çalışma hacimleri robot eklemlerinin ulaşabileceği hacimle sınırlıdır. Bu nedenle de bu tip robotlarda yapacakları işin kendilerine getirilmesi gerekmektedir. Mobil bir robot ise, belirli bir görevi yerine getirebilmek amacıyla işin bulunduğu kısma gidebilmektedir. Mobilite konusunda endüstriyel uygulamalardaki ilk adım 1975 yılında Olivetti tarafından sunulan kızaklı robot tipidir. Bundan sonraki gelişme, fabrikaların büyük bir bölümüne ulaşabilen tekerlekli araçlardır. Uzaktan kumandalı olarak bir operatör tarafından dolaylı biçimde yönlendirilen ve hareketi kontrol edilen robotlardır. Teleoperasyon işlemi ile çalışan bu robotlar tehlikeli bölgelerde çok iyi bir performans sağlamışlardır ancak operatöre ihtiyaç duymaları nedeniyle pahalıdırlar. Teleoperasyonla çalışan robotlardan sonra Kendiliğinden Yönlendirilmiş Araçlar veya İngilizce karşılığının baş harflerinin alınmasıyla adlandırılan AGV'lere geçiş tabii bir adımdı. Kendiliğinden Yönlendirilmiş Araçlar sürücüsüz forklifte benzemektedir. Fabrikanın bir köşesinden diğer bir köşesine yükleri götürebilmekte ve genellikle belirli (sabit) bir yol izlemekle sınırlandırılırlar. İzleyeceği yörünge, aracın izlemek üzere programlandığı yere gömülü bir tel veya yere çekilen boyalı bir hattır. Kendiliğinden Yönlendirilmiş Araçlar, gömülü teli izlemek üzere radyo frekanslı sensör veya görünen boyalı hattı izlemek üzere optik algılayıcılar kullanırlar. Kendiliğinden Yönlendirilmiş Araçlardan sonraki en arzulanan aşama tamamiyle özerk mobil robotlardır, özerk mobil robotlar, robotik sistemlerdeki gelişmenin bir sonucu olarak karşımızdadır. Bu aşamada, belirli bir görevi insan müdahalesi gerektirmeden yerine getirmek amacıyla tasarımlanmış tekerlekli, paletli veya bacaklı hareket sistemlerine sahip özerk robotlar yer almaktadır, özerklikten kasıt, robotun değişken durumlara karşı kendi kendine karar verebilmesi ve bu kararlan uygulayabilme yeteneğidir, özerk bir mobil robotun, dinamik değişkenlik gösteren bir ortamda gerekli kararlan verip uygulayabilmesi için algılayıcıları vasıtasıyla çevresinden mümkün olduğu kadar bilgi toplaması gerekmektedir, özerk bir mobil robotun karşılaması gereken özellikler aşağıda belirtilmektedir :. Robot, kapalı bir şekilde ifade edilmiş bir görevi, giriş olarak alarak net hareket planlarım formüle edebilmeli ve meydana getirebilmelidir.. Robot, meydana getirdiği hareket planlarını bağımsız bir şekilde yerine getirebilmelidir.. Çevresini algılayabilmek' ve mevcut amacıyla çevresi arasında tutarlılık sağlayabilmelidir.. Çevresiyle sürekli iletişim ve bağlantı halinde olmalıdır.. Beklenmedik olaylara ve durumlara karşı tepki verebilmelidir.. Yetenek geliştirebilmek için aktif veya pasif öğrenme kabiliyetine sahip olmalıdır. Mobil robotlar konusundaki ilk çalışmalar 1970'lerin başlarına rastlamaktadır. Bu konudaki ilk çalışma Stanford Üniversitesinde gerçekleştirilen SHAKEY mobil robotodur. İlk çalışmalarda planlama ve problem çözme yetenekleri üzerinde durulmuş robotun çevresini algılaması, algılayıcılar ve kontrol üzerinde fazla durulmadığı için istenen sonuçların alınamaması mobil robotlar üzerinde yapılan çalışmalan yavaşlatmıştır. 1980'lerden itibaren endüstriyel robotlardaki, bilgisayarlardaki ve görme sistemlerindeki gelişmeler neticesinde çalışmalar yeniden canlanarak günümüzde yüksek teknolojinin en önemli araştırma alanlarından biri olarak yer almaktadır. Mobil robotlar üzerinde günümüze kadar gerçekleştirilmiş ve hala devam etmekte olan çalışmalara Bölüm l'de ayrıntılı bir şekilde yer verilmektedir. Mobil robotlar;. Fabrika otomasyon projelerinde, sabit tabanlı robotlar veya makinalar arasında malzemeleri ulaştırma amaçlı,. Yangın, deprem veya nükleer santraller gibi tehlikeli ortamlarda kurtarma, tetkik, bakım v.b görevleri yerine getirme amaçlı,. Uzay ve gezegen keşiflerinde geniş bir alanda çevre hakkında veri toplama amaçlı.. Sualtı araştırma ve çalışmalarında bakım ve tetkik amaçlı,. Sağlık alanında, hastanelerde hastalara ilaç, yemek ve mektupların dağıtımı gibi görevlerde veya özürlü insanlara yardım amaçlı,. Geleceğin meydan savaşlarında askeri alanda mayın temizleme, döşeme, cephane ve diğer gereçlerin savaş alam birimlerine iletimi v.b. amaçlı,. Hapishanelerde ve fabrikalarda güvenlik amaçlı,. Evlerde temizlik, yemek servisi ve günlük işlere yardım amaçlı, olarak kullanılabilirler. Mobil robotun hareket sistemi robotun mobilitesine imkan veren alt sistemidir. Mobil robotlar hareket sistemlerine göre: l)Tekerlekli 2) Paletli 3) Bacaklı 4) Eklemsi yapılı 5) Temel hareket sistemlerinin kombinasyonu şeklinde gruplandırılabilirler. Teoride seçim güç ihtiyacına, maliyete, istenen hareket karakteristiklerine ve robotun hareket etmesi gereken yüzeylere dayanmaktadır, ancak pratikte seçim genellikle tekerleklerdir. Tekerlekler, düz veya sınırlı bir eğime sahip az pürüzlü yüzeylerde iyi performans ve çekme kabiliyetine sahiptirler. Bu sebeple de en fazla kapalı alanlarda tercih edilmektedirler. Aksi takdirde özellikle engebeli arazilerde ve açık alanlarda paletler tercih edilmektedir. Bacaklı robotlar, birçok arazi tipinde çalışabilecek ve merdiven tırmanabilecek yeteneğe sahiptirler. Fakat tasarımları, bacak kontrolleri, denge için gereken hesaplamalar oldukça uzun ve karmaşıktır. Bacaklı mobil robotların çektikleri güç o kadar büyüktür ki deneysel modeller üniversitelerde veya AR-GE Laboratuvarlarında görülmektedir. Eklemsi yapılı mobil robotlar ise düzgün olmayan arazi ve dar çalışma alanlarında uzun ve eklemli gövdelerini yerin topografisine adapte edebilmektedirler. Ayrılabilir bir konstrüktif yapıya sahip olmaları nedeniyle de arıza halinde olan parçalan sökülerek yerlerine sağlam parçalar monte edilebilmektedir. Temel hareket sistemleri olan tekerlek, palet ve bacak mekanizmalarının yetersiz kaldığı koşullarda ise tekerlek-bacak, tekerlek-palet gibi kombine hareket sistemlerinden faydalanılabilmektedir. Mobil robotlarda gezinim, aracın hareketinin bir noktadan diğer bir noktaya başarılı bir şekilde yönlendirme işlemi olarak tarif edilmektedir. Gezinim sistemi mobil robot için en temel bir yapıdır, çünkü hareketi sırasında sürekli olarak çalıştığı alanda ve etrafında yer alan çeşitli nesnelere göre nerede bulunduğunu bilmesi, gideceği hedefe bir aksilik olmadan ulaşabilmesi için gerekmektedir. Bölüm 3' de mobil robotlarda kullanılan çeşitli gezinim sistemleri hakkında bilgi verilmektedir. 1) Kestirme Hesap Metodu: Oldukça ucuz bir gezinim yöntemi olan Kestirme Hesap metodunda, robot tarafından alman yolun yönü ve mesafesi ölçülmekte ve bu ölçümler başlangıç konumuna eklenmektedir. Katedilen mesafenin ölçümü için tekerleklerin dönüş sayılarının sayılmasıyla (odometre) beraber yön bulunumu için jiroskop kullanımı veya diferansiyel olarak tekerlek döndürülmesi en sık kullanılan yöntemdir, ölçüm hatalarından, tekerleklerdeki kayma ve tekerlek elastisitesi nedeniyle hareket sırasında giderek artan hatalar meydan geleceğinden, hatayı kabul edilebilir bir küçüklükte tutmak için belirli periyodlarda gezinim sisteminin kalibrasyonu gerekmektedir. 2) Inertial (Ataletsel) Gezinim : Inertial gezinim sistemleri, havacılık gezinim sistemlerinden adapte edilmiş bir gezinim sistemidir. Bir çeşit kestirme hesap metodu olup ölçülen ivmenin iki defa integrali alınarak iki veya üç boyutlu olarak konum hesaplanmaktadır. îvme ölçümü için akselerometre kullanılırken, referans takımına göre ivmenin yönünü bulmak için jiroskopdan faydalanılmaktadır. Inertial gezinim sistemlerinde akselerometre ve jiroskop bir takım halinde monte edilmişlerdir. Oldukça pahalı donanımlardır. 3) Görme ve Doğrudan Görüntüleme Sistemleri: Görme ve doğrudan görüntüleme sistemleri özellikle mobil robot gezinim uygulamaları için çok uygun sistemlerdir. Robotun etrafında bulunan nesnelere uzaklık bilgisi önemli bir veridir çünkü bu bilgiden faydalanılarak mobil robotun konumu, mevcut serbest alanlar ve engellerin mevcudiyeti tayin edilebilir. Görme algılayıcılarından faydalanılarak Stereo Uzaklık ölçme yöntemi en çok kullanılan yöntemlerden biridir. Bu yöntemde, nesneye olan uzaklık elde edilen üri görüntü vasıtasıyla saptanmaktadır. îki görüntü, iki farklı kameradan alınabileceği gibi tek bir kameranın hareket ettirilmesi ile de sağlanabilir. Uzaklık ölçümü için doğrudan görüntüleme sistemlerinden de faydalanılmaktadır. Optik ve lazer kullanılarak oluşturulan uzaklık ölçme sistemleri hakkında incelemeye tez kapsamında yer verilmektedir. Mobil robotlar için görme sistemlerinden faydalanılarak yol-izleme algoritmaları da geliştirilmiştir. Bu sayede robot üzerinde bulunduğu yol ve ona göre konumu hakkında sürekli olarak bilgi alarak gezinimini sürdürmektedir. Bu algoritmalara ait açık-saha uygulamalarına değinilmiştir. Hareket kontrolünde kullanılmak üzere tasarımlanmış görme sistemlerinin geliştirilmiş bir yapısı olan Dinamik Görme yapısı da ele alınmıştır. Günümüz teknolojisinde görme ve doğrudan görüntüleme sistemleri büyük bir hızla gelişmekte ve bunun sonucunda da fiyatlarında düşme kaydedilmektedir, ancak hala karmaşık ve zaman alıcı hesaplamalar gerektiğinden mobil robotun hızım sınırlayıcı bir etkiye sahiptir. 4) Ultrasonik Sistemler: Ultrasonik sistemlerden faydalanılarak da mobil robot gezinimi için gerekli uzaklık bilgisi elde edilmektedir. Bunun yanında ultrasonik sistemler mobil robotun çevresinin haritasını oluşturma işlemlerinde de kullanılırlar. Algılayıcının küçük adımlarla hareket ettirilerek mobil robotun çevresindeki nesnelerin konumlarım gösteren haritalar elde edilebilir. Gezinim sırasında, robot bulunduğu ortam hakkında hiçbir ön bilgiye sahip değilken ultrasonik algılayıcılar vasıtasıyla robotun bulunduğu ortamın sonar haritası elde edilebilmektedir. Ultrasonik sistemler, görme sistemlerine nazaran daha ucuz olmakla beraber zayıf yönlenme, sık hatalı okuma ve geniş açılı yansımalar gibi birtakım dezavantajları mevcuttur. 5) Nirengi Metodu: Yön bilgilerinden faydalanılaraktan iki boyutlu konum belirleme işlemi Nirengi metodu olarak tanımlanmaktadır. Yön bilgisi belirli istasyonlara yerleştirilen işaret alıcıları vasıtasıyla saptanmaktadır. İşaret alıcıları olarak infrared, ultrasonik, lazer ve hatta çubuk-kodlayıcılardan dahi faydalanabilmektedir. Belirli stratejik noktalara yerleştirilen alıcılarla oldukça doğru yön ve konum bilgileri elde edilmekle beraber robotun yol alacağı tüm alanda gerekli yerlere yerleştirilmeleri zorunluluğu maliyeti arttıran bir etkendir. 6) Çok-Algılayıcılı Gezinim Sistemleri: Çok-algılayıcılı gezinim sistemleri robotun çevresi ve çevresine göre konumu hakkında daha güvenilir bilgi almasını olanak veren gezinim sistemleridir. En basit, çok-algılayıcılı gezinim sistemi olarak Kestirme Hesap metodu ile Optik İşaretlerin Saptanması yönteminin birlikte kullanılması verilebilir. Odometre tek başına giderek artan hataların sonucunda hatalı ölçümler verirken Optik İşaretlerin Saptanması yönteminden faydalanılarak aracın yol boyunca belirli aralıklarla yerleştirilen optik işaretler vasıtasıyla aracın konum kalibrasyonu temin edilebilmektedir. Çoklu gezinim sistemlerine sahip mobil robotlardan Hilare ve Stanford Mobi robotları örnek olarak verilebilir. Hilare robotunda ultrasonik, görme istemeleri, infrared nirengi ve odometre yöntemleri çok-algılayıcılı gezinim sistemim oluşturmak üzere kullanılmıştır. Stanford Mobi robotunda ise ultrasonik, görme sistemleri, dokunsal algılayıcılar ve odometre yönteminden faydalanılmaktadır. özerk mobil robotlarda hareket planlaması problemi, en genel biçimde aşağıdaki şekilde belirtilmektedir. 1. Mobil robotların başlangıç durumlarının verilmesi. 2. Mobil robotların arzulanan son durumlarım verilmesi. 3. Robot hareketi üzerinde kısıtlamaların verilmesi ve robotun bu kısıtlamaları da gözönünde bulundurarak başlangıç noktasından istenen son noktaya engellerin bulunmadığı bir yol bulmasıdır. Hareket planlaması problemi kısaca Yörünge Planlama olarak adlandırılabilir. Yörünge planlama global ve yerel olmak üzere iki bölüme ayrılmaktadır. Global Yörünge Planlama: Global yörünge planlama, gerçek ortamın önceden öğrenilmiş olarak basitleştirilmiş halde tanımlanmasını gerektirmektedir, bu nedenle de hareket anında oluşan değişiklikleri yansıtmamaktadır. Kısaca, global yörünge planlama robotun nerede ve hedefinin neresi olduğuna karar vermektedir. Bu karar genellikle robotun hafızasında yer alan çalışma hacminin genel bir haritasına göre alınmaktadır. Robotun bulunduğu andaki konumu, haritada yenilendiği anda mobil robot bulunduğu yerle hedefi arasında bir yörünge oluşturabilmektedir. Eğer robotun etrafında hiçbir engel yoksa yörünge doğrudan oluşturulabilir, engellerin mevcut olması halinde yörünge planlama algoritmalarından uygun bir tanesi kullanılarak hedefe giden en kısa yol saptanabilir. Bulunan yörünge onaylandığı anda robot hedefe doğru hareket edebilir. Yerel Yörünge Planlama: Yerel yörünge planlamada ana amaç robota beklenmedik engellerin etrafından en iyi yolu bulmaktır. Diğer bir deyişle beklenmedik olaylara reaksiyon olarak gerçekleştirilen taktiksel bir yaklaşımdır. Global yörünge daha önceden bilinmesi gereken bir ortama ihtiyaç duyarken, yerel planlamada robotun etrafında meydana gelen değişikliklerin planlama meydana getirilirken bilinmesi gerekmektedir. Yerel yörünge planlamada daha doğru sonuçlar elde edilmektedir. Bunun başlıca sebebi de mevcut algılayıcıların daha küçük bir bölge üzerinde çalışmalarıdır. Yerel yörünge planı ile elde edilen yörünge genellikle kısa olduğundan ilk bulunan yörünge kullanılabilmekte ve ekstra bir optimizasyona gerek kalmamaktadır. Kısa mesafeli bir yol bulunamadığında, robota ait yerel yörünge planlayıcısı, problemi global yörünge planlayıcısına ileterek hedefe alternatif bir yol bulunup bulunamayacağının incelenmesini ister. Yörünge Planlama Teknikleri: 1. Konfigürasyon-Uzayı Metodu: Bir parçanın konfigürasyonu, parça üzerindeki her noktanın konumunu bütünüyle belirleyen parametreler kümesidir, konfigürasyon-uzayı ise tüm olası konfigürasyonların kümesidir. Konfigürasyon-uzayı metodunda, mobil robotun hareketinin engeller arasından planlanması problemi, mobil robotun noktasal olarak temsil edilerek genişletilmiş konfigürasyon-uzayı engelleri arasından hareketi problemine dönüştürülür. Engellerin genişletilmiş olmasının nedeni, mobil robotun noktasal olarak gösteriminden kaynaklanmaktadır. Engellerin gerçek boyutları öyle arttırılmaktadır ki, genişletilmiş engellerin kenarları, mobil robotun kenarlara çarpmadan ilerleyeceği yörüngeyi temsil etmelidir. 2. Serbestyol Metodu: Konfigürasyon-uzayı yaklaşımına bir alternatifte, yörünge planlama problemini serbest alam doğrudan araştırarak çözmektir. Serbestyol metodunda, serbest alanın temsili üstüste bindirilmiş genelleştirilmiş koniler vasıtasıyla gerçekleştirilmektedir. Mobil robotun öteleme hareketi oluşturulmuş serbest yol boyunca olurken, dönme hareketleri ise oluşturulmuş serbest yolların kesişme noktalarında gerçekleştirilmektedir. 3. Genelleştirilmiş Voronoi Diagramları Metodu: Serbestyol metodunun daha rafine hali, Genelleştirilmiş Voronoi diagramlarından yararlanarak serbest alanın açık bir şekilde temsili ile gerçekleştirilebilir. Genelleştirilmiş Voronoi diagramları, her noktası aynı zamanda iki veya daha fazla engele yalan olan serbest alanın bir alt kümesi olarak tanımlanmaktadır. Kenarlar, engeller arasındaki maksimum açıklığı temsil etmektedir ve böylelikle de robotun geçmesi için en emin yolu göstermektedir. Engellerin dışındaki alan sürekli olarak diagram üzerinde deforme edilebilir. Serbest alan içindeki iki nokta arasında bir yörünge bulmak için, her nokta için diagram üzerinde bir yol bulmak ve daha sonra bu noktalan diagram üzerindeki yollan izleyerekten birleştirmek yeterlidir. 4. Hücresel Ayırma Metodu: Konfigürasyon-uzayı, mevcut alanı hücrelere ayırma yolu ile araştırılabilir. Hücrelerin boş, dolu veya karışık olmasına göre konfigürasyon-uzayı engellerinin mevcut olup olmadığına karar verilir. Hücre eğer tamamiyle engel tarafından doldurulmuşsa dolu olarak, hiçbir engelin mevcut olmaması halinde boş olarak, engelin bir kısmı tarafından doldurulmuş bir kısmı boş ise karışık olarak adlandırılır. Genellikle boş hücrelere karşılık gelen düğüm noktalan ile bir 'bitişiklik grafiği' oluşturulur. Daha sonraki adımda, grafik heuristik bir arama algoritması ile araştırılır. Arama algoritması olarak genellikle A* algoritması veya modifiye edilmiş bir versiyonu kullanılır. Bu işlem, boş hücreler arasında bir yol bulana kadar devam eder. 5. Hipotez Kur ve Test Et Metodu: Hipotez kur ve test et metodu, otomatik yörünge oluşturma problemini çözmek için gerçekleştirilen ilk metoddur. Bu metodda, başlangıç noktası ile hedef noktayı birleştiren bir yörünge önerilir. Daha sonraki adımda yörünge engellerle çarpışmaya karşı test edilir. Eğer engeller mevcutsa, çarpışmaya neden olan engeller incelenerek farklı bir yörünge önerilir. 6. Potansiyel Alan Metodu: Yöntem hedefin robota sanal bir çekici kuvvet, yolu üzerindeki engellerinde aynı biçimde sanal bir itici kuvvet uygulaması gerektiği biçiminde bir senaryoya dayalıdır. Hedefe yönlendirilen çekici kuvvetle, karşılaşılan engellerin uyguladığı itici kuvvetlerin bileşkesi olan R vektörü, robotun bulunduğu pozisyona göre hesaplanır. R vektörünün büyüklüğüne ve yönüne göre robotu harekete geçiren hızlandırıcı kuvvet ve robotun alacağı yeni pozisyon hesaplanır. Bu işlem robot hedefine varana kadar tekrarlanır. Potansiyel alan metodlarında ortak nokta, çevrenin önceden bildirilen bir koordinat sistemine sahip olması, bu koordinat sistemi içinde engelleri temsil eden geometrik şekillerin verilmesi ve robotun bu verilerle hedefine giderken izleyeceği yolun durağan hesaplanmasıdır. Potansiyel alan metodlarından biri de Sanal Kuvvet Alam yöntemidir. Sanal Kuvvet Alam Yöntemi gerçek zamanda belirlenebilen engellerden kaçman yolların saptanmasına olanak vermektedir. Robot bu yöntemle yoluna çıkan beklenmedik engellerin arasından hedefine hızlı, sürekli ve düzgün bir hareketle ulaşabilir. Yöntemde robotun karşılaştığı engellerin önünde durması gerekmemektedir. Mobil Robotlarda, kontrol yapısında bulunması gereken başlıca özellikler aşağıdaki maddeler halinde özetlenebilir: 1. Programlanabilirlik: Programlanabilirlikten kastedilen, kullanışlı bir robotun çeşitli görevleri hardware veya software donanımının değiştirilmesine ihtiyaç duymadan yerine getirebilmesidir. Yerine getireceği görevler, tüm detayların verilmesine ihtiyaç duyulmayacak düzeyde verilebilmeli ve o anki bulunduğu statü ve çevreye göre robot bunları yeterli bir şekilde yerine getirebilmelidir. 2. Gürbüzlük: Robot tüm hareketleri için tek bir alt sisteme dayanmamalıdır. Mümkün olabilecek ve gerekli tüm algılayıcı ve fonksiyonlardan yararlanabilmelidir. 3. Tutarlı davranış: Robotun davranışının amacıyla ters düşmemesi gerekmektedir. Çevresine karşı tepkilerinin bu amaçlar doğrultusunda yönlendirilmesi gerekir. 4. Kontrol yapışırım özerk, adaptif ve reaktif olması: Bu üç kavram birbiriyle bağlantılıdır. Çevre koşullan değişkendir, tamamiyle bilinmemekte ve zamanla değişmektedir. Bu nedenle robotun özerk olması gerekmektedir., özerklikten kastedilen nokta, robotun görevlerinin kendisi tarafından yerine getirebilmesi ve çeşitli alt sistemleri idare edebilmesidir. Kontrol yapısı adaptif olmalıdır çünkü robot, mevcut durumlara göre davranışlarında değişiklik yapabilmelidir. Bu da duruma göre davranışı üretme veya seçmeyi gerektirmektedir. Kontrol yapışırım reaktif olması ise olayları zamanında algılama ve göreve göre tepki verme yeteneklerini gerektirmektedir. Yukarıda belirtilen özellikleri gözöününde bulunduran özerk mobil robotlara ait kontrol yapılan iki sınıfta toplanmaktadır. 1. Kontrol Yapısının Fonksiyonel Ayrılması: Fonksiyonel ayrılmada mobil robot kontrol yapısı acenta olarak bilinen her biri belirli bir fonksiyonu yerine getiren bir grup işlemden meydana gelmektedir. Acentalar genellikle robotun Algılama sistemi, Planlama sistemi, Gezinim sistemi ve Kontrolöründen meydana gelmektedir. Bu yapıya sahip özerk mobil robot kontrol sistemlerinden, Kavramalı Kontrol Yapısı Yayık Kontrol Yapısı Hilare Kontrol Yapısı tez kapsamında incelenmiştir. 2. Kontrol Yapısının Davranışsal Ayrılması: Kontrol yapısının davranışsal ayrımında ise mobil robot çeşitli davranış düzeylerinden meydana gelen bir yapı sergilemektedir. Davranış düzeylerine robotun engellerden kaçınması, hedefsiz bir şekilde dolaşımı, çevreyi keşfetmesi v.b. örnek olarak verilebilir. Bu tip kontrol yapısında tüm sistemde meydana gelebilecek bir hata yerine sadece robotun performansım indirgeyecek bir yapı söz konusudur. Ayrıca kontrol yapışma başka davranış tabakaları da sonradan eklenebilir. İncelenen Tabakalı Kontrol Yapısı davranışsal ayrılmaya açıklayıcı bir misal teşkil etmektedir. Mobil robotlarda hareket kontrolü problemine bir örnek oluşturmak amacıyla, Bölüm 6'da 3 tekerlekli mobil bir robot platformun noktadan noktaya hareket kontrolünün bilgisayarda küçük bir simülasyonuna yer verilmektedir. Şekil l'den görüldüğü üzere, aracın ön kısmında iki tekerlek ve arka kısmında bir tekerlek mevcuttur. y A o -^ Şekil 1. Mobil robotun konfîgürasyonu ön tekerleklerin herbiri bağımsız olarak kontrol edilen DC motorlar tarafından tahrik edilmektedir. Arka tekerlek, aracın dengesini destekleyen serbest bir tekerlektir. Aracın yön şevki, iki ön tekerlek arasındaki hız farkından yararlanılarak elde edilmektedir. Diferansiyel tahrikin anlamı, ön tekerleklerden birine diğerine nazaran daha fazla moment verilmesidir bu şekilde araç dar alanlarda /yüksek manevra kabiliyeti mevcut, kendi ekseni etrafında sıfır dönme yarıçapına sahip olarak dönebilmektedir. Aracın konumu ve oryantasyonu düzlemsel haraket söz konusu olduğundan üç parametre (x, y, 0) ile temsil edilmektedir. Aracın kinematik ve dinamik denklemleri elde edildikten sonra durum-uzay denklemleri oluşturularak durum-uzay değişkenleri olarak sırasıyla aracın kütle merkezinin çizgisel hızı V, açısal hızı Öve oryantasyonu (yön açısı) 9 seçilmiştir. Mobil robotun simülasyonu elde edilen durum-uzay denklemlerinin, Runge Kutta IV sayısal integrasyon yöntemi kullanılarak, bilgisayarda Matlab 4.0 mühendislik paket programlama diliyle çözümü sonucu gerçekleştirilmiştir. Mobil robotun bir noktadan bir noktaya hareket kontrolü, aracın oryantasyon (yön açısı) ve çizgisel hız kontrolü vasıtasıyla gerçekleştirilmiştir. Oryantasyon kontrolünde PD kontrol algoritması, çizgisel hız kontrolünde ise PI kontrol algoritması kullanılmaktadır. Araç ara hedef noktalarına durmadan ulaşmakta en son hedef noktaya geldiğinde yavaşlayaraktan durmaktadır. Aracın bir noktaya farklı başlangıç oryantasyonunda hareketim ve çoklu noktalan içeren yörüngeye ait hareketlerini gösteren simülasyonlarda, durum-uzay değişkenlerinin ve sisteme girişlerin simülasyon zamanı süresince değişimleri grafik olarak çizdirilmiştir.