Design and implementation of software for a vision guided indoor mobile robot

Abstract

ÖZET Kapalı alanlarda çalışacak bir gezici robotun tasarımı ve gerçeklenmesi anlatılmaktadır. Tecimsel bir gezici robot, işyeri ve yapımevi gibi yerlerde, yapı üzerinde herhangi bir sınırlama olmadan çalışabilecek şekilde gerekli donanım ve yazılım ile değiştirilmiştir. Bir alıcı, bir sesüstü uzaklık bulucu ve çarpışma algılayıcıları engellerden sakınma ve çevreyi kavrama amacıyla kullanılmaktadır. Çevre, aşamalı haritalar şeklinde modellenmiştir. Bir genel harita odaların ve aralarındaki kapıların konumlarını' bir ardışıklık `graph` yapısında tutar. Bir odanın iç yapısı, iki boyutlu bir ızgara veri yapısı ile içerideki cisimlerin ayrıtlarını oluşturan doğru denklemleri listesi şeklinde gösterilir, ki bunlar birlikte bir yöresel harita oluştururlar. Yakın çevrenin yapısı ayrı bir haritada tutulmaktadır. Değişik algılayıcılardan gelen yeni bilgiler algılayıcı haritalarında tutulur. Bir aşamalı program kümesi bu haritaları çarpışmasız yollar tasarlamak ve yürütmek için kullanmaktadır. Yönetici modül diğer modüllerin çalışmalarını, mesaj yollayıp veri paylaşmalarını sağlar. Aşamalı düzenlenmiş olan Ön Derleyici, Planlayıcı, Yol Bulucu, Kota Düzenleyici ve Motor modülleri yapılması istenen işi değişik düzeyde çözümlemeler ile planlar ve yürütür. Görme modülü çevreyi cisimlerin ayrıtlarını bulmak amacıyla inceler. Engel Önleyici, bir engelle karşılaşılması durumunda hedefe giden yolun yeniden planlanmasını sağlar. Harita Çizici ise algılayıcılardan gelen bilgilerin iç dünya gösterimine çevrilmesini sağlar, ilgili konularda geniş bir kaynak araştırması ve sınıflandırması yapılmış, programların benzetimli ve gerçek çalışma sonuçları verilmiş, gelecekteki araştırma alanları belirtilmiştir.

IV ABSTRACT The design and implementation of a mobile robot for indoor environments are described. A commercial educational mobile robot is modified with necessary hardware and software to operate in environments such as offices or factories with little or no restriction imposed on the building structure. A camera, an ultrasonic rangefinder and bump sensors are used for obstacle avoidance and environment perception. The environment is modeled as hierarchical maps. The global map keeps location of the rooms and the doors between them, in the form of an adjacency graph. The internal of a room is represented as a two dimensional grid structure and a list of line equations forming the edges of the object inside, which together form the local map. The cartographer map represents the structure of the immediate environment. Sensor maps keep recent information coming from different sensors. A set of hierarchically organized programs use these maps to plan and execute collision free paths. The Executive allows module invocation, message passing and data sharing between other modules. Pseudo-Compiler, Planner, Pathfinder, Navigator and Motor modules, arranged in a hierarchical manner, plan and execute the commanded task at different levels of resolution. The Vision module analyses the environment to find the edges of objects. The Obstacle- A voidance module aids replanning of the path in the case of obstacle detection, and the Cartographer module maps the sensory information coming from visual, ultrasonic and bump sensors into internal world representation. An extensive literature survey on related topics is made and former research are classified, results of simulations and actual runs of these modules are given, directions for further research are mentioned.