Navigation of a mobile robot using stereo vision

Abstract

Bilgisayar görüntü sistemi mobil robot algılama sistemleri içinde başlıca uygulamalardandır. Mobil robotlar tanımlanmamış bir ortamda kendi çevresinden, önünde duran bir objenin konumunu ve yönünü hesaplamak amacıyla topladığı bilgiler ile hareket edebilmelidirler. Bunun yanı sıra, bir robot dolaşım sırasında her konumda kendi pozisyonunu hesaplayabilmelidir. Bu tezin başlıca amacı hidrolik güç ile hareketlendirilen deneysel bir paletli robotun iç mekânlarda hiçbir engele çarpmadan dolaşımı için stereo görüntü mesafe algılama ve engel tanıma algoritmaları geliştirmektir. Bu tez kapsamında stereo görüntü mesafe algılama ve engel tanıma algoritmaları geliştirilmiş kullanılan yaklaşımı daha kolay ifade edebilmek için Stereo Görüntü Kullanıcı Ara Yüzü geliştirilmiştir. Ayrıca bu çalışma da robotun kendi ortamında güvenli bir şekilde dolaşımı ve güvenilir bir şekilde başlangıç noktasından hedef noktasına hareket edebilmesi için bir dolaşım algoritması, engel kaçış stratejisi ve hareket planlama algoritması geliştirilmiştir. Hazırlanan algılama algoritması ve dolaşım algoritmasını deneyebilmek için deneysel paletli araç bir robot olarak değiştirilmiş ve geliştirilmiş ve bu tezin içinde robotun donanımsal ve yazılımsal mimarisi anlatılmıştır. Robotun iki boyutlu bir düzlem üzerinde konum kontrolünün yapılabilmesi için robotun kinematiği incelenmiş ve robot kinematiğinden alınan bilgilerin yardımıyla robotun hareket mekanizmasının kontrolü için hareket kontrol algoritması geliştirilmiştir. Robotu kolay bir şekilde kontrol edebilmek için ve bu çalışma sırasında geliştirilen algoritmaların bir araya getirilebilmesi için El ile Dolaşım ve Otonom Dolaşım Kullanıcı Ara Yüzleri geliştirilmiş ve robot üzerinde denenmiştir. Bütün algoritmaların ve kodların bir araya getirilip en iyileştirme yapılmasının ardından robotun hareketleri gözlenmiştir, hazırlanan algoritmaların yardımıyla robot başlangıç noktasından hedef noktasına hiçbir engele çarpmadan ulaşabilmiştir.

Computer vision system is one of the main aplications in the mobile robot perception systems. Mobile robots may be able to navigate in an unknown environment acquiring visual information of their surroundings with the aim of estimating the position and orientation of an obstacle which is in front of it. Moreover, the pose of the robot has to be estimated as accurate as possible during navigation. The main purpose of this thesis is to develope stereo vision depth perception and obstacle detection systems for collision free navigation of a real hydraulically actuated experimental crawling mobile robot in an unknown indoor environment. Within the scope of this thesis, a robust stereo depth perception and obstacle detection algorithms are developed. To express our approach easily, a Stereo Vision Graphical User Interface is also prepared. In addition in this study for safely navigation of the mobile robot within its environments and reliably move from start point to destination point, a navigation algorithm, obstacle avoidance strategy and motion planning algorithms are developed. In order to implement the prepared perception algorithm and navigation algorithms, an experimental crawling vehicle was constructed and modified into a mobile robot and architecture details such as robot hardware and software were described in this thesis. To accomplish position control of mobile robot in two dimensional plane, kinematics of the mobile robot was analyzed and to control the robot locomotion system, a motion control algorithm was developed by the use of the kinematic data of the robot. In order to control the crawling robot easily and to combine all developed algorithms, Manual and Autonomous Navigation Graphical User Interfaces were prepared and implemented on the robot. After optimization and combining all algorithms and codes, behavior of robot was observed. With the helps of developed algorithms, the robot was able to reach destination point without collision with any obstacles.