Dört Tekerden Tahrikli Mobil Robotta Kazanç Planlamalı ve Katmanlı Pıd İle Hız ve Pozisyon Kontrolü

Abstract

Son yıllarda mobil robotların endüstri, savunma, keşif ve tarım gibi alanlarda sıklıkla kullanılmaya başlanmasıyla, ihtiyaca yönelik farklı mobil robot konfigürasyonları ve kontrol yöntemleri geliştirilmiştir. İki, üç, dört ve altı tekerden tahrikli, kayma ve bağımsız yönlendirmeli mobil robotlar bu konfigürasyonlara örnek olarak gösterilebilir. Her bir konfigürasyonun kullanım alanları farklılıklar göstermekte ve birbirlerine göre avantaj ve dezavantajları bulunmaktadır. Örneğin dört tekerden tahrikli mobil robotlar, iki ve üç tekere sahip mobil robotlara nazaran engebeli arazilerde daha iyi performans göstermektedir. Bununla birlikte bu konfigürasyondaki mobil robotlarda en sık karşılaşılan sorunlardan bir tanesi kayma sorunudur. Kayma sorunundan dolayı, kinematik hesaplamalar sonucunda üretilen kontrol çıktıları mobil robotun kontrolünde tek başına yetersiz kalmaktadır. Bu nedenle araştırmacılar mobil robotun performansını arttırmak için farklı kontrolcüler ve algoritmalar geliştirmişlerdir. Bu tez çalışmasında dört tekerden tahrikli kayma yönlendirmeli mobil robotun kazanç planlamalı ve katmanlı PID kontrolcü ile hız ve pozisyon kontrolü için yeni bir yaklaşım geliştirilmiştir. Enkoder verileri ve atalet ölçüm birimlerinden elde edilen verilerin anlamlı bir şekilde yorumlanması sonucunda pozisyon takibinde doğruluk arttırılmış, geliştirilen kazanç planlamalı katmanlı PID kontrolcü ile robotun pozisyon hassasiyetinin arttığı gözlemlenmiştir. Yapılan deneylerde tek bir kontrolcünün tüm çalışma koşullarında sistemin kararlılığını koruyamadığı gözlemlenmiştir. Bu soruna çözüm olarak kullanılan kazanç planlama algoritması ile mobil robota farklı çalışma koşullarında kararlılığını korumak için esneklik kazandırılmıştır. Klasik PID kontrolcü yapısında pozisyon kontrolü yapılırken, hız denetimini yapan ara kontrol mekanizmasının olmaması, mobil robotta kayma ve nihai yönelme açısında bozulmalara sebep olmaktadır. Katmanlı PID kontrolcü yapısı ile pozisyon kontrolü yapılırken hız kontrolünün yapılması sağlanmıştır. Bu yaklaşımla pozisyon ve hız kontrolü birbirinden bağımsız hâle getirilmiştir. Yapılan çalışmaların doğruluk testleri, hazırlanan test senaryolarına göre yapılmıştır. Sonuçlar klasik PID kontrolcü ile kıyaslandığında; 100, 200 ve 400 cm için yapılan doğru boyunca hareket testlerinde klasik PID kontrolcüde karşılaşılan aşım ve salınım sorunu azaltılmıştır. Bu testlerde yaklaşık %2 iyileşme sağlanmıştır. 45, 90, 180, 270 ve 360 nokta dönüşlerinde ise klasik PID kontrolcüde meydana gelen kalıcı durum hatasında yaklaşık %2 iyileşme sağlanmıştır. Kare güzergâh takibi testlerinde ise nihai pozisyon hatası 10 cm’nin altına indirilmiştir.