The development of fire detection robot

Abstract

The aim of this thesis is to design and manufacture a fire detection robot that especially operates in industrial areas for fire inspection and early detection. Robot is designed and implemented to track prescribed paths with obstacle avoidance function through obstacle avoidance and motion planning units and to scan the environment in order to detect fire source using fire detection unit. Robot is able to track patrolling routes using virtual lines that defined to the motion planning unit. The design and implementation processes of the robot are as follow; the design and the development of mechanical, electronic systems and software. The design and the development of mechanical system; for the sketch drawings, dimensioning and solid state modeling of the robot, computer aided design and solid modelling computer programs were used. The carrier board of the robot is produced using wooden material and rigid plastic foam which are cheap, strong enough and easy to manufacture. Differential steering method is selected for semi-autonomous robot driving system and it is powered by four brushed DC (direct current) motors. The design and the development of electronic system; electronic circuits were designed and produced, instead of buying a commercial card. Both schematic diagrams and circuits of the data acquisition and control circuits are designed using Proteus electronic design program. These circuits are used to control the motion of the motors and establish a data flow between the laptop and the other peripheral sensing components. Software development; intelligent algorithms for obstacle avoidance and path tracking have been developed. A sensor data fusion algorithm for the sensors was also developed to get more reliable fire detection information. In conclusion; a fire inspection and detection robot with various functions to especially can be used in industrial areas was designed and manufactured. The functions of the robot were tested. It can be concluded that system is able to detect the fire source maximum 100 cm distance away while robot is moving with 0.5 m/s forward speed.

Bu tez çalışmasının amacı; özellikle endüstriyel alanlarda, erken yangın algılamada kullanılacak bir yangın algılama robotu tasarlamak ve imal etmektir. Bu robot; önceden belirlenen sanal güzergâh üzerinde engel algılama fonksiyonuyla ve yeniden programlanabilir hareket ünitesiyle devriye gezebilecek ve yangın kaynağını tespit edebilmek için ortam taraması yapabilecek şekilde tasarlanmış ve imal edilmiştir. Sistem; hareket planlama ünitesine tanımlanan programlar ile değişken devriye güzergâhlarını takip edebilme yeteneğine sahiptir. Robotun tasarım ve uygulama süreçleri şu şekildedir; mekanik sistemin tasarımı ve geliştirilmesi, elektronik sistemin tasarımı ve geliştirilmesi ve gerekli yazılımların hazırlanmasıdır.Mekanik sistemin tasarım ve geliştirilme sürecin de;taslak çizimleri, ölçülendirmeler ve üç boyutlu modelleme için bilgisayar destekli tasarım ve katı modelleme programları kullanılmıştır. Robotun taşıyıcı gövdesi; ucuz, sağlam ve kolay işlenebilir malzemeler olan ahşap ve sert plastik köpük kullanılarak imal edilmiştir. Robot sürüş sisteminde diferansiyel metot kullanılmıştır. Yarı otomatik robot dört adet fırçalı doğru akım motoru ile çalışmaktadır. Elektronik sistemin tasarımı ve geliştirilmesi sürecinde; hazır kart almak yerine ihtiyaca uygun elektronik veri kazanım ve kontrol devreleri tasarlanıp üretilmiştir. Bu devrelerin şematik diyagramı ve baskı devresi Proteus elektronik tasarım programı kullanılarak hazırlanmıştır . Bu devreler; motor hareketlerini kontrol etmekte ve dizüstü bilgisayar ile algılama üniteleri arasında bir köprü kurmakta kullanılmıştır. Yazılımların hazırlanma sürecinde; engel algılamada ve güzergâh takibinde kullanılacak akıllı yazılımlar geliştirilmiştir. Ayrıca daha güvenilir yangın algılama sağlamak için; çoklu sensör algılama ve değerlendirme algoritması geliştirilmiştir. Bu tezin sonucunda; özellikle endüstriyel alanlarda kullanılabilecek, çeşitli fonksiyonlara sahip bir yangın algılama robotu ta sarlanıp imal edilmiştir. Yapılan testlerle; sistemin en fazla 100 cm mesafedeki yangını, robot 0,5 m/s hızla ilerlerken tespit edebildiği sonucuna varılmıştır.