Development of a robotic system with hybrid locomotion for both indoor and outdoor fire detection operations

DSpace Ana Sayfası
→
Tez
→
Doktora
→
Öğe Göster

dc.contributor.advisor	Böğrekçi, İsmail
dc.contributor.author	Sucuoğlu, Hilmi Saygın
dc.date.accessioned	2021-03-03T12:22:27Z
dc.date.available	2021-03-03T12:22:27Z
dc.date.issued	2020
dc.date.submitted	2020
dc.identifier.uri	http://hdl.handle.net/11607/3994
dc.description.abstract	Bu tez çalışmasında; merdiven çıkma, engele tırmanabilme ve yangın algılama yeteneklerine sahip bir robotik sistem geliştirilmiştir. Robotik sistem kapalı ve açık alanlarda çalışma yeteneğine sahip olacak şekilde tasarlanmış ve üretilmiştir. Robotun hareket sistemi hibrit olacak şekilde; üç tekerlekli bacak sistemi ile oluşturulmuş, böylece hem merdiven tırmanmasına hem de düz yolda ilerlemesine imkan sağlanmıştır. Üç tekerlekli bacak sistemi için gerekli matematiksel modeller geliştirilmiştir. Tez çalışması için önerilen “Yön Tabanlı Açı Hesaplama” yaklaşımının gerekli deneysel testleri robotik sisteme uygulanmıştır. Ayrıca, robotun karşılaştığı engelleri boyuna ve şekline göre sınıflandıran bir algoritma önerilmiş ve geliştirilmiştir. Bunların yanı sıra, yangın kaynağını bulan ve kaynağın yangın olma olasılığını belirleyen algoritmalar tasarlanmıştır. Robotun mekanik sistemlerine ve algoritmalarına çeşitli deneysel testler uygulanmıştır (Hareket ve transmisyon sistemleri performans testleri, lokal güzergah planlama ve engelden kaçınma, hareket türü belirleme, yangın algılama ve tespit). Bu testlerin sonucunda; mekanik iletim ve hareket sistemlerinin merdiven çıkma ve düz yolda ilerleme uygulamaları için yeterli olduğu sonucuna varılmıştır. Ayrıca geliştirilen şekil tabanlı açı hesaplama yaklaşımının, güzergah planlama ve engelden kaçınma işlemleri için uygun olduğu gözlemlenmiştir. Faster R-CNN modeli kullanılarak geliştirilen yangın algılama algoritmasının yangın kaynağını %93 doğrulukla tespit ettiği gözlemlenmiştir.	tr_TR
dc.description.tableofcontents	TABLE OF CONTENTS ÖZET..................................................................................................................... vii ABSTRACT............................................................................................................ix ACKNOWLEDGEMENTS ....................................................................................xi TABLE OF CONTENTS..................................................................................... xiii LIST OF ABBREVIATIONS ............................................................................. xvii LIST OF FIGURES...............................................................................................xix LIST OF TABLES ..............................................................................................xxix 1. INTRODUCTION................................................................................................1 1.1. Problem Description......................................................................................1 1.2. Motivation.....................................................................................................1 1.3. Objectives......................................................................................................2 1.4. Contributions.................................................................................................2 1.5. Hypothesis.....................................................................................................3 1.6. Overview of the Thesis .................................................................................3 1.7. Robotic System Overview.............................................................................4 2. LITERATURE REVIEW.....................................................................................6 2.1. Firefighting and Detection Robots...............................................................6 2.2. Locomotion Systems of Robots ..................................................................16 2.3. Obstacle Avoidance and Path Planning Systems........................................25 2.4. Sensor Based Fire Detection Methods ........................................................33 xiv 2.5. Computer Vision and Deep Learning Based Fire Detection Methods....... 34 3. MATERIAL AND METHOD........................................................................... 40 3.1. General System Architecture and Functions.............................................. 40 3.2. The Mechanical Design and the Components............................................ 42 3.2.1. General Dimensions and the Weight................................................... 46 3.2.2. Material and Manufacturing of the Components................................. 47 3.3. Motion Calculations and Analyses............................................................. 60 3.4. Mechanical Strength Check of the Components ........................................ 70 3.5. Electronic Systems and Hardware.............................................................. 77 3.6. Algorithms and Software............................................................................ 87 3.6.1. Motion Mode Decision........................................................................ 87 3.6.2. Direction Based Angle Calculation ..................................................... 89 3.6.3. Fire Search and Find............................................................................ 91 3.6.4. Fire Detection ...................................................................................... 92 4. RESULTS AND DISCUSSION........................................................................ 97 4.1. Performances of Transmission and Motion Systems ................................. 97 4.2. Lidar Interface .......................................................................................... 100 4.3. Fire Detector............................................................................................. 104 4.4. Tests of the Algorithms............................................................................ 104 4.4.1. Direction Based Angle Calculation ................................................... 106 4.4.2. Fire Search and Find.......................................................................... 115 xv 4.4.3. Fire Detection.....................................................................................121 4.5. Tests of Ladder Climbing Robot...............................................................126 5. CONCLUSIONS..............................................................................................128 6. RECOMMENDATIONS AND FUTURE WORKS........................................129 REFERENCES.....................................................................................................130 APPENDICES......................................................................................................146 Appendix 1 (Matlab Scripts)............................................................................146 Motion Calculations.....................................................................................146 Mechanical Strength Check of the Components..........................................152 Appendix 2 (C# Codes)....................................................................................163 Serial Control Software................................................................................163 Appendix 3 (Arduino Codes)...........................................................................195 Control of the Transmission and Motion Systems.......................................195 Appendix 4 (Faster R-CNN) ............................................................................209 Training........................................................................................................209 Implementation.............................................................................................215 Appendix 5 (Python Codes).............................................................................219 Robot Control Software ...............................................................................219 RESUME..............................................................................................................243	tr_TR
dc.language.iso	eng	tr_TR
dc.publisher	Adnan Menderes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü	tr_TR
dc.rights	info:eu-repo/semantics/openAccess	tr_TR
dc.subject	Engelden Kaçınma, Faster R-CNN Derin Öğrenme Modeli, Hibrit Lokomosyon, Lokal Güzergah Planlama, Yangın Algılama Robotu, Yangın Arama ve Bulma	tr_TR
dc.title	Development of a robotic system with hybrid locomotion for both indoor and outdoor fire detection operations	tr_TR
dc.type	doctoralThesis	tr_TR
dc.contributor.department	Aydın Adnan Menderes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı	tr_TR