FPGA Tabanlı Bina İçi Otonom Mobil Güvenlik Robotu Tasarımı ve Kontrolü

Abstract

Bu tez çalışmasında, tanımlı veya tanımsız ortamlarda otonom olarak devriye görevini gerçekleştiren ve aynı zamanda kendine tanımlı başka görevleri yerine getiren bina içi otonom bir mobil güvenlik robotunun prototip tasarımı ve kontrolü sunulmuştur. Tasarlanan mobil robot kendine tanımlanan görevleri yerine getirebilmek için üzerinde LiDAR sensör, IMU, ultrasonik sensörler, enkoderler ve Kinect kamera gibi algılayıcılara sahiptir. Mobil robot prototipi bina içinde devriye görevini yaparken kendine tanımlı şahısların dışındaki yabancıları ana kumanda merkezine konumu ile bildirecek bir donanıma sahiptir. Aynı zamanda kendine tanımlı nesneleri arayıp bulma ve bina içi ziyaretçilere ses ve görüntü komutlar ile refakat hizmeti verebilecek yeteneğine de sahiptir. Mobil robot sahip olduğu sensörleri ile konum, yönelim, hız ve görüntü bilgileri gerçek zamanlı olarak alınıp işlemektedir. Diferansiyel tahrikli olarak tasarlanan mobil robot odometrik hesaplara dayalı olarak eş zamanlı konumlama ve haritalama (SLAM) işlemi için noktadan noktaya tekrarlı en yakın nokta (ICP - Iterative Closest Point) algoritmasını kullanmaktadır. Uygulama olarak bu metot ile elde edilen konumlama ve haritalama işlemleri geniş ve kompleks bir koridor üzerinde gerçek zamanlı olarak sunulmuştur. Buradaki tüm algılayıcı ölçüm bilgileri ve motor kontrol bilgileri FPGA (Field Programmable Gate Array) entegre kartı ile üretilmiştir. Sonuç olarak güvenlik amaçlı olarak bir otonom mobil robot tasarlanmış olup robotun ile SLAM işlemi bu tez çalışmasında başarı ile gerçekleştirilmiştir.

In this thesis, the prototype design and control of an autonomous mobile security robot has been presented to perform the patrol duties in specified or unspecified environments and also to perform self-defined tasks. The prototype of the mobile robot has LiDAR sensor, IMU, ultrasonic sensors, encoders and Kinect camera to be able to perform the defined tasks. The mobile robot prototype patrolling inside the building has the hardware to report the location of strangers other than the defined persons to the main control center. It also has the ability to search and find the self-defined objects and to provide escort services to the visitors with voice and visual commands. The mobile robot receives and processes the information of the location, orientation, speed and image in real time with its sensors. The mobile robot, designed with differential drive, uses the point to point iterative closest point SLAM algorithm for simultaneous locatization and mapping based on LIDAR data and odometric calculations. As an application, the positioning and mapping operations obtained with these methods are presented comparatively on a wide and complex corridor. All sensor measurement and motor control data are produced with FPGA (Field Programmable Gate Array) board. As a result, an autonomous mobile security robot has been designed and SLAM operation have been successfully performed in this thesis study.