Development of an unmanned ground vehicle for off-road applications

Abstract

Son on yılda, otonom mobil robotik sistemler kullanılarak keşif uygulamaları yapılmakta ve bu sistemler giderek artan bir ilgi görmektedir. İnsanlar için uygun olmayan ortamlar ele alındığında, insansız yer araçları (UGVs) veya benzeri sistemler belirgin avantajlara sahiptir, bu nedenle kullanım olanakları doğal olarak dünya çapında tanınmaya yol açmaktadır. Bu tür cihazları geliştirmek ve araştırmak mekatronik ve robotik tesislerin ana hedefleri arasındadır. Yeni bilim dalları ve ilgili teknolojilerle birlikte bu UGV sistemlerine entegre etmek için çeşitli kontrol sistemleri ve yüksek kalite sensörler geliştirilmektedir. UGV sistemlerinin potansiyel uygulama alanı çok geniştir ve kazaların önlenmesi için sivil kullanımından askeri amaçlı tehlikeli keşif görevlerine kadar uzanmaktadır. Bu tezde, birçok farklı arazi ve yol dışı uygulamaları için kompakt şasili ve dört tekerden tahrikli bir insansız kara aracı (UGV) geliştirilmiştir. Geliştirilen sistem nokta dönüş sistemi (skid steering) ile yönlendirme yapabilmektedir ve ana kullanım alanı olarak düşük hız (< 1 m/s) uygulamaları hedeflenmiştir. Sistemin adaptasyon seviyesi elektronik ek sistemler ya da sensör ekipmanları ile arttırılabilmektedir. Üretilen prototip 5 kg taşıma kapasitesine sahiptir ve bir verici yardımıyla uzaktan kontrol edilebilmektedir. Araç dizaynı FEM yöntemleriyle incelenmiş ve yapısal dayanımı uygun bulunmuştur. Yapılan arazi testlerinde de prototipin gerçek performansı incelenerek yapısal dayanımı doğrulanmıştır. Ortaya çıkarılan prototip düz bir çizgide 6 km/h azami hıza ulaşabilmekte, tam taşıma kapasitesi yüklü iken 28 dakika aktif olabilmekte ve sıfır derece dönme yarıçapı ile dönebilmektedir.

In the last decade, explorations are implemented by utilizing autonomous mobile robotic systems and these systems have been drawing gradually increasing interest. Considering inappropriate environments for human beings, unmanned ground vehicles (UGVs) or similar systems possess obvious advantages, thus utility opportunities naturally lead to worldwide recognition. Developing and conducting relevant researches regarding such devices are among main targets of mechatronics and robotics studies. Various control systems and many high capability sensors are being developed in order to be integrated with these UGV systems along with science branches and relevant technologies. The potential applications of UGV systems in the field is vast and ranges from civilian use for accident prevention to military purpose dangerous reconnaissance tasks. In this thesis, UGV is developed with a compact chassis and four wheel drive for various field and off-road applications. The developed system is equipped with skid steering and low speed (<1m/s) applications are targeted mainly. Adaptive capabilities can be improved by integrating additional electronic systems or sensory equipment. The prototype is able to handle a maximum payload of 5 kg and controlled remotely by means of a remote controller. The vehicle design is inspected using FEM analyses and structural stability of the design is verified. In addition, field experiments are also implemented in order to evaluate the actual performance of the prototype. The prototype is able travel on a straight line at a maximum speed of 6 km/h, 28 minutes of active operational duration at maximum payload is observed and zero turning radius is possible with skid steering.