ENGELDEN KAÇARAK ROTASINI TAMAMLAYAN ARAÇ

Transkript

1 T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü ENGELDEN KAÇARAK ROTASINI TAMAMLAYAN ARAÇ Alparslan ALTINIŞIK Danışman Yrd. Doç. Dr. Yusuf SEVİM HAZİRAN 2013 TRABZON i

2 T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü ENGELDEN KAÇARAK ROTASINI TAMAMLAYAN ARAÇ Alparslan ALTINIŞIK Danışman Yrd. Doç. Dr. Yusuf SEVİM HAZİRAN 2013 TRABZON ii

3 LİSANS BİTİRME PROJESİ ONAY FORMU Alparslan ALTINIŞIK tarafından Yrd. Doç. Dr. Yusuf SEVİM yönetiminde hazırlanan Engelden Kaçarak Rotasını Tamamlayan Araç başlıklı lisans bitirme projesi tarafımızdan incelenmiş, kapsamı ve niteliği açısından bir Lisans Bitirme Projesi olarak kabul edilmiştir. Danışman : Yrd. Doç. Dr. Yusuf SEVİM Jüri Üyesi 1 : Öğr. Gör. Cahit ALTIN Jüri Üyesi 2 : Yrd. Doç. Dr. Gökçe HACIOĞLU Bölüm Başkanı : Prof. Dr. İsmail H. ALTAŞ iii

4 ÖNSÖZ Bu kılavuzun ilk taslaklarının hazırlanmasında emeği geçenlere, kılavuzun son halini almasında yol gösterici olan kıymetli hocamız Sayın Yrd. Doç. Dr. Yusuf SEVİM e şükranlarımızı sunmak istiyoruz. Ayrıca bu çalışmayı destekleyen Karadeniz Teknik Üniversitesi Rektörlüğü ne Mühendislik Fakültesi Dekanlığına ve Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölüm Başkanlığına en içten teşekkürlerimizi sunarız. Her şeyden öte, eğitimimiz süresince bize her konuda tam destek veren ailelerimize ve bize hayatlarıyla örnek olan tüm hocalarımıza saygı ve sevgilerimizi sunarız. Alparslan ALTINIŞIK Trabzon 2013 iv

5 İÇİNDEKİLER Sayfa No Lisans Bitirme Projesi Onay Formu... iii Önsöz... iv İçindekiler... v Özet... vii Semboller ve Kısaltmalar... v iii Şekiller Listesi... ix Çizelge Listesi... x 1. Giriş Literatür Çalışması Çalışma Takvimi TEORİK ALTYAPI Algılama QTR-8A Kontrast Sensörü Sharp Gpd02 Sensörü Çizgi Takip Prensibi Pid Geri Besleme Pid Formül Engel Geçme Prensibi Karar Verme PORT I/O ADC Darbe Genişlik Modulasyonu Zamanlayıcı Kesme CCS C Programı Hakkında Genel Bilgiler TASARIM Entegresi x2 LCD Ekran Yöntem Algılama Karar Verme Hareket Çalışmalar v

6 4. SONUÇLAR YORUM ve ÖNERİLER Kaynaklar Ekler Özgeçmiş vi

7 ÖZET Günümüzde otonom olarak hareket eden araçların sanayideki önemi gün geçtikçe artmaktadır. Bu araçların, karşısına çıkabilecek engellerden kurtulup mümkün olan en kısa sürede başlangıç noktasına veya hedeflenen bir noktaya varması beklenmektedir. Bu noktada hareketi otonom olarak kontrol edilen aracın rotasını kayıp etmeden engeli geçmesi önemli bir sorunu teşkil etmektedir. Bu problemin çözümünde rota, robotun kızıl ötesi sensörler ile algılayabileceği şekilde bir çizgi ile belirlenmiştir. Bu bize istenen hedefe en kısa sürede ulaşma imkânı verecektir. Yine karşısına çıkabilecek hareketli veya duran engelleri, üzerinde uygun şekilde konumlandırılmış sensörler vasıtasıyla algılayabilecek ve bu sensörlerden gelen geri dönüşleri bir mikrodenetleyici tarafından değerlendirip rotasına devam edecektir. Amaçlanan sistemin tamamlanabilmesi için gerekli teorik ve pratik araştırma yapılmış ve sunulmuştur. vii

8 SEMBOLLER ve KISALTMALAR ADC: Analog Digital Conveter (Analog Dijital Çevirici) CCS: Custom Computer Services (Firma Adı) CCP: Capture Compare Pulse Wide Modulation (Yakalama Karşılaştırma Darbe Genişlik Modulasyonu) CPU: Central Processing Unit DC: Doğru Akım D : Derivative (Türev) EEPROM: Electrical Erasable Programable Read Only Memory (Elektriksel Olarak Silinebilen Programlanabilir Sadece Okunan Hafıza) I İntegral I/O: Input / Output (Giriş / Çıkış) k: Kilo ma: Miliamper mv: Milivolt Mhz: Mega Hertz P: Proportional (Orantısal) PIC: Peripheral Interface Controller (Firma Adı) PD: Proportional Derivative ( Orantısal Türev) PID: Proportional Integral Derivative (Orantısal İntegral Türev) TMR: Timer (Zamanlayıcı) V: Volt viii

9 ŞEKİLLER LİSTESİ Şekil 2.1. Sistemin Blok Diagramı Şekil 2.2. Nesnelere göre açılar Şekil 2.3. Sharp Gp2d02 sensöründen okunan datalar Şekil 2.4. Sharp Gp2d02 sensöründen okunan dataların lineerleştirilmiş hali Şekil 2.5. Diğer Sharp Gp2d02 sensöründen okunan datalar Şekil 2.6. Sharp Gp2d02 sensöründen okunan dataların lineerleştirilmiş hali Şekil 2.7. Çizgi sensörlerinin konumu Şekil 2.8. Çizgi sensörlerinden alınan datalara göre motorların hareketi Şekil 2.9. Engelin algılanması Şekil Engelin algılanmasından sonra yapılan ilk hareket Şekil Aracın engelin yanından geçişi Şekil Aracın engelin sonunu algılaması Şekil Aracın rotasına doğru yönelişi Şekil Aracın çizgiyi buluşu Şekil Aracın çizgi izleme hareketine devamı Şekil Aracın çizgi takip algoritması Şekil Engel geçme algoritması Şekil 3.1. Gerilim regülatörünün devreye bağlanma şekli Şekil 3.2. Sistemin genel yapısı Şekil 3.3. Nesnelere göre açılar Şekil 3.4. Projenin tasarım ve gerçekleştirilmesi işlemleri Şekil 3.5. Motor sürme devresi Şekil 3.6. H köprüsü temsili görünüş Şekil 3.7. Aracın gövde yapısı Şekil 3.8. Aracın montajı Şekil 3.9. Aracın montajı Şekil Sensörlerin kontrolü ix

10 ÇİZELGE LİSTESİ Çizelge 1.1. Çalışma takvimi x

11 1. GİRİŞ Günümüzde endüstriyel uygulamalarda otonom olarak hareket eden robotların önemi gün geçtikçe artmaktadır. Sanayide kullanılan robotlar çoğunlukla sabit olup üretim amaçlı kullanılır. Hareketli robotlar genelde üretimden ziyade tamamlayıcı vazife üstlenirler. Bu robotların hareketlerini güvenli bir şekilde tamamlamaları için çevreyle etkileşimlerini çabuk ve doğru bir şekilde gerçekleşmesini sağlayabilmelidir. Bunu da algılayıcılarla sağlamaktadırlar. Burada tepki süreleri ve çevreden etkilenme gibi sorunlar meydana gelecektir. Bu gibi sorunlar robotların istenen amaçlara göre otonom hareketini sürdürmesi için gerekli kararları alabilmesini sağlayacak algoritmaları gerçekleştirmeyi çok karmaşık hale getirmektedir. Görünürde basit gibi görünen hareketlerin düzgün bir şekilde yapılabilmesi şu an itibari ile çok maliyetlidir. Çok sayıda algılayıcı elektronik elaman ve bu devreleri besleyecek batarya, akü gibi daha bir çok donanıma ihtiyaç duyulmaktadır. Ekonomik açıdan bu maliyetleri olabildiğince azaltmak gerekmektedir. Bu gibi nedenler otonom olarak hareket eden robotların üretimini kısıtlamaktadır. Bu çalışmada lisans seviyesinde öğrenilen bilgilerin uygulaması ve pekiştirilmesi hedeflenmektedir ayrıca bu alana ilgi duyanlar için giriş seviyesinde iyi bir yardımcı kaynak olacaktır. 1

12 1.1. Literatür Çalışması Otonom hareket, bir robotun bir yerden hedeflenen bir yere engellerden sakınarak ve dışarıdan herhangi bir müdahale olmadan ulaşması olarak tanımlanmaktadır [1]. Engeller, duran bir nesneden hareket halinde olan bir nesneye kadar çeşitlilik gösterebilir. Bu hareketi gerçekleştirmek oldukça zor bir durumdur. Otonom hareket göz önüne alındığında robotlar üçe ayrılabilir. Otonom olmayan robotlar, bütünüyle kullanıcı tarafından yönlendirilen robotlardır. Bunlar sadece kullanıcıdan gelen emirleri uygular. Yarı otonom robotlar, bu tür robotlar bazı durumlarda kendi kendilerine hareket edebilen bazı durumlarda da kullanıcı tarafından da yönlendirilebilen robotlardır. Tam otonom robotlar, tamamen kendi kendine hareket edebilen robotlardır, bu tür robotların kendilerine ait karar verme birimi ve hareket kabiliyetleri bulunmaktadır. Gezgin robotların doğaları gereği, endüstriyel sabit robotların aksine görevlerini tamamlayabilmek için çoğu zaman hedefe gitmeleri gerekmektedir. Robot rotası denince aklımıza, gezgin otonom robotun bir yerden bir yere yer değiştirmesi gelmektedir [2]. İlerleyen kısımlarda hedeflenen sistemi gerçeklemek için gerekli literatür çalışmasından faydalanarak, kullanılacak yazılım ve donanımdan bahsedilmiştir. Bu üç kısımda irdelenmiştir. Bunlar algılama, karar verme, hareket olarak işlenecektir. 2

13 1.2. Çalışma Takvimi Bu çalışmadaki iş zaman dağılımı Çizelge 1.1. de verilmiştir. Çizelge 1.1. Çalışma takvimi Proje Adımları Başlangıç Tarihi Bitiş Tarihi OCAK ŞUBAT MART NİSAN MAYIS Malzeme Temini Malzeme Montajı Gerekli Yazılımların Yapılması Sistemin Test Edilmesi Test Sonuçlarının Yorumlanması Bitirme Kitapçığının Yazılması Projenin Teslimi ve Savunması

14 2. TEORİK ALTYAPI Aracın hareketi üç kısımda irdelenecektir. Bu irdelenme şeması Şekil 2.1. de verilmiştir. Algılama Karar Verme Hareket Şekil 2.1. Sistemin Blok Diagramı 1.3. Algılama Otonom hareketin gerçekleşmesi için aracın etrafındaki hareketli veya hareketsiz nesneleri algılaması gerekir. Bu hareketin devamlılığını açısından olmazsa olmaz bir niteliktedir. Aracın, konumunu ve engeli algılaması için optik algılayıcılar tercih edilmiştir. Sensörden çıkan ışığın cisme çarpıp sensör tarafından tekrar alınması prensibiyle çalışırlar. Mesafe arttıkça doğrulukarı azalır. Toz vb. çevre koşullarından etkilenirler. Bu projede Lazer ve ultrasonik algılayıcılardan ucuz olduğundan ve onlar kadar yeterli olmaları nedeniyle tercih edilmiştir QTR-8A Kontrast Sensörü Bu sensör gönderdiği ışığın yansıyıp yansımadığına göre rengin siyah veya beyaz oluşuna karar veren bir eleman olarak kullanılmıştır. Analog olarak çalışmaktadır. Beyaz gördüğünde 0 a yakın değerler siyah gördüğünde 255 e yakın değerler vermektedir. Bu işlem mikroişlemcinin ADC birimi tarafından gerçekleştirilmektedir. 4

15 2.1.2 Sarhp Gp2d02 Sensörü Sarhp Gp2d02 kızıl ötesi ışık yollayarak cisimden yansıyan ışığa göre uzaklık belirleyen sensördür. Önünde cisim yoksa ışık geri yansımaz ve boş olarak olarak algılar. Temsili resmi Şekil 2.2. de gösterilmiştir. Nesne Şekil 2.2. Nesnelere göre açılar Şayet önünde cisim varsa ışık geri yansır ve cismin uzaklığına göre değişen bir açıyla algılanır. Bu açıya göre, cisimle araç arasındaki mesafe belirlenir. Uzaklık arttıkça doğruluk azalır. Ara eleman gerektirmeden kullanılabilir. Sharp Gp2d02 sensörü doğrusal çıkış vermemektedir. Bu durum geri besleme ile mesafe takibini zorlaştırmaktadır. Firmanın ilgili internet sitesinde verilen lineerleştirme formüllerinden yararlanılarak lineerleştirilmiştir [3]. Şekil 2.3. ve Şekil 2.5. de sensörlerden okunan dataların ADC değerlerinin değişimi mesafeye göre çizdirilmiştir. Şekil 2.4. ve Şekil 2.6. da ise sensörlerden okunan dataların lineerleştirilmiş hali verilmiştir. 5

16 Y ekseni işlemcinin okuduğu ADC değeri Seri X ekseni mesafe(cm) Şekil 2.3. Sharp Gp2d02 sensöründen okunan datalar (2.1) Denklem (2.1) şeklindeki gibi bir doğru denklemi elde etmek için sırasıyla aşağıdaki işlemler yapıldı. Denklem (2.2) doğrusallaştırma için kullanılacaktır. (2.2) R nin birimi santimetredir. Denklem (2.1) de y yerine x yerine V yazılırsa; (2.3) Denklem (2.3) düzenlenirse; (2.4) Denklem (2.4) te m eğim k y eksenini kestiği yeri temsil etmektedir. Excel programından m=651 k= bulunmuştur b küçük değerli olduğundan ihmal edilmiştir. 6

17 Y ekseni işlemcinin okuduğu ADC değerleri Y ekseni işlemcinin okuduğuadc değeri Seri ,05 0,1 0,15 0,2 X ekseni 1/mesafe (cm) Şekil 2.4. Sharp Gp2d02 sensöründen okunan dataların lineerleştirilmiş hali Aynı işlemler diğer Sharp sensör için uygulandı Seri X ekseni mesafe (cm) Şekil 2.5. Diğer Sharp Gp2d02 sensöründen okunan datalar 7

18 Y ekseni işlemcinin okuduğu ADC değerleri Seri ,02 0,04 0,06 0,08 0,1 X ekseni 1/mesafe (cm) Şekil 2.6. Sharp Gp2d02 sensöründen okunan dataların lineerleştirilmiş hali Excel programından m=1117 k= 5.96 bulunmuştur b küçük olduğundan ihmal edilmiştir Çizgi Takip Prensibi Şekil 2.7. de çizgi sensörlerinin konumu verilmiştir. y x Şekil 2.7. Çizgi sensörlerinin konumu Çizgi takibi için algoritma en yüksek değeri gösteren sensörü arama ile başlar. Bu da çizginin ortasındaki yada ona yakın sensör olacaktır. Bu sensör bulunduğunda en yüksek değer verecek olan diğer iki sensör bunun sağındaki ve solundaki sensörler olacaktır. 8

19 En yüksek 3 değer veren sensörü çizgi içinde tutma için çalışacaktır [4]. Şekil 2.8. Çizgi sensörlerinden alınan datalara göre motorların hareketi verilmiştir. Çizgi sensörleri merkez _ pozisyon + hata D P I M I ı M Şekil 2.8. Çizgi sensörlerinden alınan datalara göre motorların hareketi Pid Geri Besleme Orantısal, İntegral, Türev için kullanılan kısaltmadır. Hatayı en aza indirmeyi amaçlar. Bu projede sensörlerden gelen sinyalleri alır o anki sapmayı hesaplar sensörlerin çizgide kalması için sapmayı minumuma indirir ve çıkışları buna göre ayarlar. Hata bir referans değerine göre sapmadır. Orantısal (P) şuan ki hata ile doğru orantılıdır. İntegral (I) t süresi boyunca yapılan toplam hatadır. Türev (D) hata değişim oranıdır. 9

20 Pid Formül Aracın hareketini düzenlemek için çıkışa hata değerinin eklenmesi gereklidir. Bu işlem bize orantısal (P) değerini verecektir. Aracı çizgide tutmak için bir sabitle çarpılması gereklidir. Ö çü (2.5) ı (2.6) Denklem (2.5) te hedeften yapılan sapma bulundu. Denklem (2.6) da görüldüğü üzere kazanç sabitiyle çarpılarak çıkışı etkileme miktarı ayarlandı. Burada hata değeri bulunur fakat araç stabil hareket etmemektedir zig zag yapmaktadır. Türev bize hata değerinin değişimini verir. Buda hatayı düzeltme imkanı verecektir. ğ ş ı Ö ığı (2.7) ürev=değişim Oranı kd (2.8) Denklem (2.7) de önceki hata ile şu anki hata arasındaki değişim hesaplandı. Denklem (2.8) de görüldüğü üzere kazanç sabitiyle çarpılarak aracın zig zag yapması engellendi. Mikrodenetleyicinin timer birimi zaman aralığını hesaplamak için kullanılmıştır. Integral kısmının bu projede pek bir faydası görülmediğinden kullanılmamıştır. ı ı ü (2.9) Denklem (2.9) dan alınan değerlere göre motorlar hızlandırılıp yavaşlatılarak aracın hareketi sağlandı. Pid sabitleri araç üzerinde çalışılarak deneyerek bulunmuştur. PD kontrolünü araca uygulamanın en doğru olduğuna karar verildi. 10

21 2.3. Engel Geçme Prensibi Aracın önünde ve sağ tarafında bulunan sensörlerle önce algılanıp sonra belli bir mesafe ile engel takip edilerek tekrar çizgi bulunacaktır. Böylelikle engel geçilmiş olacaktır. Burada yine PD kontrol ve mesafe sensörlerinin lineerleştirme fonksiyonları kullanılacaktır. Aracın engel geçiş hareketi sırasıyla Şekil 2.9., Şekil 2.10., Şekil 2.11., Şekil 2.12., Şekil 2.13., Şekil 2.14., Şekil 2.14., numaralı şekillerde görüleceği gibi aşağıda verilmiştir. sensörler Engel Şekil 2.9. Engelin algılanması Engel Şekil Engelin algılanmasından sonra yapılan ilk hareket Şekil Aracın engelin yanından geçişi Engel 11

22 Engel Şekil Aracın engelin sonunu algılaması Şekil Aracın rotasına doğru yönelişi Şekil Aracın çizgiyi buluşu Şekil Aracın çizgi izleme hareketine devamı 12

23 1.5. Karar Verme Mikrodenetleyici, önceden planlanmış, programlanmış görevleri icra eden tüm devre olarak üretilen bilgisayardır. Bu projede Microchip firması tarafından üretilmiş Pic (Peripheral Interface Controller) 18f452 mikrodenetleyici kullanılmıştır. Piyasada kolay bulunabilen, az enerji harcayan ve birçok uygulama için yeterli donanıma sahip olduğundan tercih edilmiştir Port I/O Sensörlerden okunan dataların işlemciye işlenmek için port denen bu kısımlardan alınır. (I/0 Input/Output Giriş/çıkış) Daha sonra değerlendirildikten sonra hareket için motor sürücü entegresine iletilir ve hareket sağlanır ADC Anolog-Dijital-Converter (ADC) dış dünyadaki analog işaretlerin mikrodenetleyici tarafından işlenebilmesini sağlayan modüldür. 18f452 işlemcisinde 10 bitlik çözünürlükte giriş ve çıkış yapılabilir. Bu projede 8 bit olarak kullanıldı. Buda bize 5V' luk bir gerilim kaynağında yaklaşık 4.88 mv' luk bir hassasiyetle ölçüm imkânı sunar. Bu işlemci ile 8 farklı anolog sinyali takip edebiliriz. Bu kanallar port A da bulunmaktadır. Birkaç kanalda aynı anda işlem yapılamaz, işlem periyodu ayaralanarak çevreden gelen analog işaretler uygun bir şekilde takip edilebilir Darbe Genişlik Modulasyonu CCP birimi, üç değişik modda çalışan bir birimdir. Bu çalışma, capture (yakalama), compare (karşılaştırma), pwm (darbe genişlik modulasyonu) modudur. Mikroişlemcilerde önemli bir birimde darbe genişlik modulasyonu birimidir. Bu mod sayesinde dijital sinyaller analog sinyallere dönüştürülür. Sabit çıkış verebilen entegrelere süresi istenen değere göre ayarlanmış bir kare dalga göndererek analog çıkış elde edilebilir buda bize ek donanım kullanmadan istediğimiz çıkışı elde etmemize imkan tanır. 13

24 Gecikme ve görev süresini ayarlayarak kendi PWM modülümüzü yapabileceğimiz gibi mikrodenetleyicide hazır bulunan PWM modülünüde kullanılabilir. Bunlar port C nin birinci ve ikinci bacağıdır. 8 bitlik bir çözünürlüğe sahiptir. Bu mod uygun bir frekansta motor sürmek için kullanılacaktır. İşlemcinin PWM modulu kullanılmıştır Zamanlayıcı Çoğu uygulamada hali hazırdaki çalışan programdan hariç olarak değişken değerlerinin değiştirilmesi istenebilir. Bu işlemin çalışan program içinde yapılması meşakkatli ve verimsiz olabilir. Buda kaçınılmaz olarak zamanlayıcı (timer) birimini mikroişlemcilerde vazgeçilmez bir birimi kılar. Timer0, Timer1 8 bitlik, Timer2 16 bitlik olarak oluşturulmuş birimlerdir. 8 bitlik timer birimi 0' dan 255' e 16 bitlik timer birimi 0' dan 65535' e kadar sayıp değerini sıfırlar. Bu projede harici saat kullanılmayıp işlemcinin dahili osilatörüne göre istenen zaman bu birimlerle ayarlanacaktır Kesme Bu birim işlemcinin acilen cevap vermesi gereken durumlarda kullanılır. Ne zaman olacağını bilenemeyen durumlarda kullanılacaktır. Programı hantallıktan ve karmaşıklıktan kurtarır. Donanımsal olduğundan kesme fonksiyonu çalıştırıldığı andan itibaren işlemci programdan harici olarak durumun gerçekleşip gerçekleşmediğini sürekli kontrol edecektir. Eğer program birden fazla işlem yürütüyorsa kesme fonksiyonu çok büyük kolaylıklar getirecektir. Bir kesme olduğunda işlemci kesmeyi fark eder ve ana programın işleyişini durdurur, kesme geldiğinde koşacak alt programa geçer ve bu programı koşar. Alt programın işleyişi bitince ana program kaldığı yerden devam eder. Birden fazla kesme meydana gelebilecek durumlarda hangi kesmenin öncelikli olacağı programda belirtilmelidir. Aksi takdirde kararsız bir durum oluşacaktır. 14

25 CCS C Programı Hakkında Genel Bilgiler Kullanılacak programlar C dili ile yazılacaktır. Bu tercihin sebebi, kullanıcıya esnek bir çalışma sağlayabilmesidir. Assambley işlemci tarafından en kolay anlaşılacak dil olmasına rağmen öğrenilmesi ve uygulaması zordur ve çok dikkat istediğinden meşakkatlidir. CCS (Custom Computer Services) firması tarafından PIC (Peripheral İnterface Controller) işlemcileri için C dilini kullanan yazılmış derleyicisidir. İçinde bulunan hazır fonksiyonların beraberinde iletişim protokolleri ve çevresel birimler için birçok hazır kütüphaneler bulunmaktadır. Yine firmaya ait internet sitesinde ve forumlarında yüzlerce kütüphane dosyasına kolayca erişilebilir. Kullanılan işlemcinin donanımını tam olarak bilmeden ileri düzeyde program yazmaya imkan vermektedir. Diğer derleyicilere göre daha kolay öğrenilebilmesi gibi avantajlarından dolayı tercih edilmiştir. Aracın hareket algoritmaları Şekil ve Şekil de verilmiştir. 15

26 Başla 10 saniye bekle 30 dakika bekle değişkeni sıfırla Evet Durak değişkenin değeri 5 oldu mu? Hayır 2 sensorü çizgi üstündemi? Evet Düz git 1 sensörü çizgi üstündemi Evet Sağ motoru hızlandır 2 sensörü çizgi üstündemi? Evet Sol motoru hızlandır Durak değişkenini 1 arttır Düz git 3 sensörde çizgi üstündemi Evet 15 saniye bekle durak var Düz git Hayır Şekil Aracın çizgi takip algoritması 16

27 Başla 10 saniye bekle Çizgi algoritmasına geç Evet Doğru git Araç çizgiyi yakaladı mı? Sensöre bak Düz git Hayır Önünde engel var mı? 10 saniye bekle Sağ motoru hızlandır 45 sola dön Sağ motoru hızlandır 45 sola dön Düz git Arka sensor engeli görüyor mu? Sensöre bak Düz git Arka sensor engeli görüyor mu? Sol motoru hızlandır 45 sağa dön Şekil Engel geçme algoritması 17

28 2. TASARIM Bu kısımda çizgi ve engel geçme algoritamalarına göre aracın tasarımı gerçekleştirilmiştir. Burada kullanılan diğer elemanlardan ve aracı gerçekleme safhalarından bahsedilecektir Entegresi Devrede mikrodenetleyici, sensör gibi hassas elektronik cihaz olduğundan bunlar gerilim dalgalanmasından etkilenirler hatta bozulabilirler. Bu problemin çözümü bir gerilim regülatörü kullanmaktır entegresi bu yüzden kullanılmıştır. Şekil 3.12 de Gerilim regülatörünün devreye bağlanma şekli verilmiştir. 9V REGÜLE DEVRESİ devrede D1 C V1 1 V0 3 GND 2 C2 5V Şekil 3.1. Gerilim regülatörünün devreye bağlanma şekli x2 LCD Ekran HD44780 likit kristalli ekran, günlük hayatta bir çok uygulamada kullanılan karakter ve hafızası bulunan bir elemandır. Bu projede kullanıcı arabirimi olarak kullanılmıştır. Sensörlerin çalışıp çalışmadığını anlamak için kullanılmıştır. 18

29 3.2 Yöntem Sistemin genel yapısı Şekil 3.2. de verilmiştir. ENGELDEN KAÇARAK ROTASINI TAMAMLAYAN ARAÇ ALGILAMA KARAR VERME HAREKET Şekil 3.2. Sistemin genel yapısı Araç algılayıcılarının çıkışına göre hareketini devam ettirecektir. Önceden bahis edildiği üzere çizgi takip algoritmasına göre yoluna devam edecektir. Engel algılarsa engelden kaçma algoritmasını uygulayacaktır. Engel geçildiğinde tekrar çizgi takip algoritmasına göre rotasını takip edecektir Algılama Sabit Kızıl ötesi sensörler kullanılacaktır. QTR-RC ve Sarhp sensörleri Gp2d02, 7805 entegresi sensörleri, HD x16 LCD piyasadan temin edilmiştir Karar verme Pic 18f452 işlemcisi piyasadan temin edilmiştir. Kullanılan program ve algoritmalar tasarım ürünüdür. 19

30 Hareket Aracın şasesi, tekerlekleri, motorları, L298 entegresi piyasadan temin edilmiştir Çalışmalar Projenin gerçeklenmesinde yapılan çalışmalar Şekil 3.3. de verilmiştir. Proje Adı: Engelden Kaçarak Rotasını Tamamlayan Araç Yapılacak iş Teorik Tasarım Mekanik Yazılım Test ve Kontrol Şekil 3.3. Proje tasarım ve gerçekleştirilmesi işlemleri Aracın montajını temsili olarak Şekil 3.4., Şekil 3.5., Şekil 3.6. da verilmiştir. 20

31 Şekil 3.4. Motor süren devre Mikrodenetleyiciler verebileceği akım sınırlıdır bu akımla motor sürülemez bunu için L298d entegresi kullanılacaktır. Sağ ve sol motor birbirinden bağımsız kontrol edilebilir ve motorları çift yönde sürebilir. İki adet H köprüsü ve bunlara ait hızlı diyot köprülerini bulundurur. Akım koruması mevcuttur. V M Şekil 3.5. H köprüsü temsili görünüş 21

32 17 cm 1715c m Aracın elektronik kısmının buraya 15cm monte edilecektir Sarhoş teker Çizgi sensör Bağlantı yerleri Motor bağlantı yerleri sharp sensor bağlantı yerleri Şekil 3.6. Aracın gövde yapısı Burada dikkat edilecek hususlar; motorların, bataryanın, elektronik aksamının ve sensörlerin uygun şekilde yerleştirilmiştir. Doğru bir algılama yapabilmek için sensörlerin konumu önemlidir. Hareketi sağlayacak olan motorların gövdeye sağlam bir şekilde monte edilmiştir. Şekil 3.7. de görüldüğü üzere motorlar kenetlenmiştir. Bunlar plakaya açılan deliklere vidalanarak kenetlenmiştir. Şekil 3.9. de kullanılan devrelerin testi yapılmıştır. Yapıştırmak uygun bir çözüm olmaz. İstenen ölçümlerin yapılamaması durumunda ya da eleman arızası durumunda elemanları değiştirmek mümkün olmayacaktır bu şekilde. Motorların simetrik bağlanmıştır. Dönüş hareketlerinde uygunsuzluk olmaması için gereklidir. Şekil 3.8. te gürüldüğü üzere çizgi sensörlerinin dizilimide çizginin genişliği dikkate alınarak yerleştirilmiştir. Aksi takdirde iki sensör birden çizgiyi göreceğinden kararsız bir durum oluşacaktır. 22

33 Şekil 3.7. Aracın montajı Şekil 3.8. Aracın montajı 23

34 Şekil 3.9. Sensörlerin kontrolü 24

35 4. SONUÇLAR Hareketi kontrol edilmek istenen aracın, olası engelleri geçerek rotasını kaybetmeden hareketini sürdürmesi sağlanmalıdır. Bunu, önceden belirlenen zaman araklıklarında otonom olarak tekrarlayabilmelidir. Taşıma amaçlı olarak kullanılan robotik araçlarda bunlar önemli problemlerdendir. Bu projede, engelden kaçarak yoluna devam edebilecek bir araç tasarlanmak hedeflenmiştir. Mikrodenetleyici yazılımı, doğru akım motoru sürme devresi ve kontrol devresi, kızıl ötesi algılama devresi gibi alt kısımlarda incelenerek üstte verilen problemin çözümü gerçekleştirilmiştir. Her ne kadar hareket kabiliyeti birçok muadilinden iyi olduğu görülsede sensörlerele algılama yapıldığından manevra imkanı sınırlı olmuştur. Bu projenin kamera ve 32 bitlik bir işlemci ile gerçekleştirilmesi halinde daha iyi sonuçlar alacağı görülmüştür. Bu şekilde uygun değişikliklerle başka amaçlar içinde kullanılabilecektir. Buda tasarlanan bu araca daha geniş bir kullanım alanı sunmaktadır. Çizgi takibi için kullanılan sensörlerin zeminde 1 cm yükseklikte olması ölçüm açısından daha doğru olacağı görülmüştür. Engel algılaması için kullanılan mesafe sensörlerinin konumları ilerleyen zamanlarda en optimum hale getirilmiştir. 25

36 5. YORUM VE ÖNERİLER Proje kapsamında otonom olarak hareket eden araç (robot) kavramı, uygulamadaki örnekleri hakkında araştırmalar yapılmıştır. Edinilen bilgilere göre pratik bir uygulama gerçekleştirilecektir. Buradaki amaç, aracın alt ve üzerindeki uygun şekilde konumlandırılmış kızıl ötesi sensörlerle etrafında olması muhtemel engelleri algılayarak rotasını tamamlayabilmesidir. Aracın alt kısmındaki sensörler çizgi takibini gerçekleştirecektir. Aracın üzerine yerleştirilmiş sensörler engeli algılayacaktırlar. Bunlar üzerinden gelen anolog sinyaller dijital değerlere çevrilip mikrodenetleyici tarafından hareket algoritmalrına göre işlenecektir. Araç bu şekilde hareketine devam edecektir. Bu proje şu hedefler doğrultusunda gerçeklenecektir: Mikrodenetleyici yardımıyla DC motor kontrolu Mikrodenetleyici ile bilgisayar arasında haberleşme Aracın PID değerlerini LCD ekran üzerine yazdırma Kızıl ötesi sensörlerle engel algılaması ve mesafe ölçümü Bu projenin gerçekleşmeyisiyle lisans seviyesinde öğrenilen bilgilerin uygulaması ve pekiştirmesi sağlanacaktır. Bu alana ilgi duyanlar için giriş seviyesinde iyi bir yardımcı olacaktır. Yapay zeka uygulamaları ile deskteklenip otonom hareket yeteneği arttırılabilir. Yine bu alanda çalışmak isteyenler için çalışma hayatları boyunca kullanacakları bilgi ve tecrübe kazandırabilecek niteliktedir. 26

37 KAYNAKLAR [1]. W. Xiaochuan, Developing reactive controllers for mobile robots navigation in unknown environments using infrared range sensors, M.S. thesis, The University of Guelph P 156. September [2]. R. Negenborn, Robot localization and Kalman filters on finding your position in a noisy world, M.S. thesis, Utrecht University, P 156. September [3]. (2013) Acroname Robotics web sitesi Linearizing Sharp Ranger Data, Bağlantı: [4]. (2013) Freetech Pid Controlled Fast Line Follower web sitesi Interpolation and Linear Deviation, Bağlantı: 27

38 EKLER EK-1: STANDARTLAR ve KISITLAR FORMU Tasarım Projesinin hazırlanmasında Standart ve Kısıtlarla ilgili olarak, aşağıdaki soruları cevaplayınız. 1. Projenizin tasarım boyutu nedir? Açıklayınız. Eğitim amaçlı bir çalışmadır. Lisans seviyesinde edinilen bilgilerin pekiştirilmesi hedeflenmektedir. Pratik bir uygulamadır. İleride meslek hayatında faydalı olabilecek tecrübeler edinilecektir. 2. Projenizde bir mühendislik problemini kendiniz formüle edip, çözdünüz mü? Herhangi bir mühendislik problemi formüle edilmemiştir. 3. Önceki derslerde edindiğiniz hangi bilgi ve becerileri kullandınız? Elektrik Makinaları dersinde öğrendiğimiz Doğru Akım Makinaları projenin tasarımı ve yapımında yol gösterici olmuştur. Programlama dersinde öğrendiğimiz C dili, program bu dille yazılacaktır. Mikroişlemci dersinde öğrendiğimiz kesme, timer vs, karar verme birimi mikrodenetleyici olacaktır. Elektronik 1-2 derslerinde öğrendiğimiz transistor kutuplama, diyot, regülasyon vs hareketli aksamı control etmek için kullanılmıştır. 4. Kullandığınız veya dikkate aldığınız mühendislik standartları nelerdir? Sistemin maliyetinin düşük olmasına, malzemelerin seçiminde kaliteli olmasına ve standartlara uygun olmasına dikkat edilmiştir. R232 haberleşme standartı kullanılmıştır. Emc uyumludur. Güç besleme birimlerinin ve bunların birleşiminin güvenliğinde; toz, katı cisimler ve nemin zararlı girişine karşı korumada IEC in Toz, katı cisimler ve nemin zararlı girişine karşı koruma maddesi uygulanacaktır. 28

39 5. Kullandığınız veya dikkate aldığınız gerçekçi kısıtlar nelerdir? a) Ekonomi Malzeme seçimlerinde maliyeti düşük olanlar seçilerek toplam maliyet en düşük seviyeye tutulmaya çalışılmıştır. Ultrasonik ve lazer sensörler yerine kızılötesi sensörler tercih edilmiştir. Araç üç tekerli olarak dizayn edildi. Bu sayede ek donanım masrafı giderilmiş oldu. b) Çevre sorunları Projede çevreye zarar verebilecek herhangi bir yöntem veya malzeme kullanılmamıştır. c) Sürdürülebilirlik Araç geliştirilebilecek bir şekilde esnek bir yapıya sahiptir. Başka amaçlar için kullanılabilecek şekilde tasarlanmıştır. Tak kullan şekilde eklenecek diğer birimlerle farklı işlerde yapabilecek kabiliyete sahiptir. d) Üretilebilirlik Gerekli desteklerin sağlanması halinde sistem geliştirilerek taşıma sistemi olarak gerçeklenebilir. e) Etik Projenin tasarımında mühendislik etiği kuralları göz önünde bulundurulmuştur. f) Sağlık Projede canlı sağlığına olumsuz etki edecek bir uygulama veya malzeme bulundurulmamıştır. Ayrıca projenin tasarımında gerekli iş güvenliği esaslarına uyulmuştur. Tüm montaj işleminde kurşunsuz lehim kullanılacaktır. Geliştirilecek sistem 29 2

40 5ve 12 volt ta çalışacaktır. Bu gerilim seviyesi sağlık açısından herhangi bir risk taşımamaktadır. g) Güvenlik Sistemde herhangi bir güvenlik sorunu bulunmamaktadır. h) Sosyal ve Politik sorunlar Tasarlanan proje herhangi bir sosyal ya da politik bir soruna yol açmayacak bir niteliktedir. Projenin Adı Projedeki Öğrencilerin adları Engelden Kaçarak Rotasını Tamamlayan Araç Alparslan ALTINIŞIK Tarih ve İmzalar İmza Alparslan ALTINIŞIK 30 3