1.ROBOT YAPISI

1.1 Mekanik Yapı
Önerilen  robot  dört  tekerlekli  olup,  dört  tekerlekte  tahrik  sistemine  sahiptir.  Tekerlek yapısı arazi yapısına göre değiştirilebilir. Tahrik mekanizması değiştirilerek, tank paleti
de kullanılabilir. Böylece, daha büyük eğimli arazilerde de çalışabilir.

Tekerlekler  dişli  sistemi  ile  DC  motorlara  bağlanmıştır.  Tekerlekler  sabit  eksenler etrafında  döner.  Çark  etmek  için  bir  tekerlek  diğerinden  hızlı  döner.  Bu  şekilde  çark etmeye “differential steering” denilir [4]. Tankların çark sistemi de böyledir.

Mekanik  aksamın  tasarımında  dayanıklılık  göz  önünde  bulundurulacaktır.  Mayının patlaması  durumunda  robotun  en  az  zarar  görmesi  için  mekanik  veya  seramik  shock absorber  kullanılmıştır. Robotun zarar  görmesi  durumunda  çabuk  yenilenebilir  olması için modüler yapı kullanılacaktır.

Mayın     taramada     çok    çeşitli     yöntemler      (sensör     teknolojisiyle       bağlı     olarak) kullanılmaktadır. Bunların başlıcaları şunlardır; elle arama, elektromanyetik endüksiyon (EMI-ElectroMagnetic Induction), termal imaj (thermal imagers), toprağa giren sonda
ya  da  radar  (GPR-Ground-Penetrating  or  Probing  Radar),  termal  nötrön  aktivasyon (TNA)  ve  biyosensörler.  Yanlış  alarmları  önleme  ve  mayın  algılayamama  tehlikesini minimize  etmek  için  bu  sensörlerden  iki  veya  üçü  beraber  kullanılmaktadır.  Önerilen robotun   önünde   üç   farklı   sensör   taşınmaktadır.   Bu   sensörlerden   gelen   bilgiler birleştirilerek mayın olup olmadığına karar verilir [2].

Robotta çeşitli manipülasyonlarda kullanılmak üzere dört serbestlik derecesine sahip bir robot kol vardır. Bu kol ile mayın çevresi işaretlenebileceği gibi mayın toplama işlemi
de  yapılabilir.  Ancak  mayın  toplama  işlemi  çok  hassasiyet  ve  dikkat  gerektiren  bir işlemdir.  Çünkü  bazı  mayın  türleri  bir  tel  yardımıyla  toprağa  bağlı  olup  yerinden çıkarıldıktan  sonra  patlar.  Üstelik  mayının  doğru  kavrama  noktasından  kavranmaması sonucu  robot,  mayını  patlatabilir.  Dolayısıyla,  mayının  çevresinin  işaretlenmesi  ve ikinci bir araç vasıtasıyla toplanması veya imhası daha uygundur.

Robotun  tahrik  mekanizmasında  DC  motorlar  kullanılacaktır.  Sistemin  beslenmesi aküler  vasıtasıyla  olacaktır.  Sistemin  yaklaşık  dört  saat  şarj  yapılmadan  çalışması öngörülmüştür.

1.2 Elektronik Yapı
Elektronik yapı merkezi bir karar mekanizması ve her alt iş parçasının (görme, hareket, vb.)  kendi  işini  bağımsız  yapabileceği  bir  sistem  üzerine  oturtulmuştur.  Her  alt  iş parçası  akıllı  bir  işlemciye  sahiptir.  Bu  birimler  ilerdeki  bölümde  detaylı  olarak açıklanmıştır.

Hareket  kontrol  biriminin  yapısı  kısaca  şöyledir:  DC  motorlar,  sürücüler  tarafından kontrol  edilecektir.  Sürücülere  kontrol  işaretini  DSP  tabanlı  ACR6000  isimli  hareket kontrol   kartı   verecektir.   Referans   konum,   merkezi   işlemci   tarafından   bu   karta verilecektir.

Güvenlik  ve  yol  bulma  için  çeşitli  sensörler  vardır.  Bu  sensörlerden  gelen  işaretlerin toplanması  ve  değerlendirilmesi,  DSP  kartı  içinde  bulunan  PLC  birimi  tarafından yapılacaktır.

2. ROBOT TASARIMDA İŞ PARÇALARI
Yarı otonom mayın tarama robotunda, belli başlı alt iş parçaları şunlardır;

1. Merkezi Karar Mekanizması
2. Üç sensörden gelen verilerin birleştirilmesi
3. Haberleşme ile uzaktan kumanda
4. Hareket kontrol
5. Algılama ve Güvenlik
6. Arıza tanıma ve arıza durumunda çalışabilme
7. Enerji yönetimi
8. Görme
9. Mayın işaretleme veya toplama

2.1 Merkezi Karar Mekanizması (Central Executive)
Merkezi   Karar   Mekanizması,   robotun   planlanan   doğrultuda   çalışması   ve   uzaktan kumanda  sistemi  tarafından  gelen  yeni  plan  doğrultusunda  çalışması  için  planı  alt  iş planlarına  böler.  Bu  alt  işleri  ilgili  alt  birimlere  bildirir.  Onlardan  gelen  verileri değerlendirir. Gerekirse yeniden alt iş bölümü yapar.

Merkezi   karar   mekanizması   üç   düzeyli   bir   mimariye   sahiptir.   Bu   mimaride   bir planlayıcı,   bir   grup   davranış   ve   bir   zamanlayıcı   uzman   sistem   paralel   olarak çalışacaktır.  Planlayıcı  yapılması  gereken  görev  için  gerekli  planı  hesaplar  ve  uzman sisteme  verir.  Uzman  sistemin görevi  dinamik  olarak  davranışları  etkin  hale  getirerek planın   adımlarının   sırasıyla   yürütülmesini   sağlamaktır.   Davranışlar   dış   dünyayı algılama  ve  değiştirmede  kullanılır.  Yürütücü  dış  dünyada  ya  da  robotun  kendisinde meydana   gelen   beklenmedik   değişiklikleri   algıladığında   bu   bilgileri   planlayıcıya aktararak planda gerekli değişikliklerin yapılmasını sağlar. Bu amaçla görevin cinsine göre algılayıcıların çalışma biçiminde değişiklik de yapılabilir.

2.2 Üç sensörden gelen verilerin birleştirilmesi (Multi-Sensor Fusion)
Mayınların algılanması için üç farklı sensör kullanılması düşünülmüştür. Bu sensörler şunlardan üçü olabilir; Elektromanyetik Endüksiyon, Termal Görüntüleme, radar veya Termal Nötron Aktivasyon. Bu sensörlerden gelen bilgilerin değerlendirilmesi ve mayın olup olmadığına karar verilmesi işlemini bu birim üstlenmiştir.

Çeşitli mayın tiplerine göre, bu sensörlerin en az ikili olmak üzere farklı konbinezonları
düşünülebilir.

Mayın  yapıları  ile  ilgili  detaylı  bir  veritabanına  ihtiyaç  vardır.  Sensörlerden  gelen bilgiler  ile  veritabanındaki  bilgiler  karşılaştırılarak  mayın  olup  olmadığı  hakkında  bir karar verilir. Bu yapı Bulanık Mantık (Fuzzy Logic) yapısındaki üyelik fonksiyonları ile paralellik arz ettiğinden burada bulanık mantık kullanmak yerinde olacaktır.

2.3 Haberleşme ile uzaktan kumanda
Uzaktan kumanda için haberleşme şarttır. Burada RF haberleşme önerilebilir. Güvenlik açısından gerekli görülmesi halinde daha gelişmiş yöntemler kullanılabilir. Haberleşme güvenliği açısından güvenli bir protokol gerektiği gibi kriptoloma da düşünülebilir.

Robotun bulunduğu konum ve durum merkeze aktarılır. Merkezden de yeni emirler (iş
planı) gelir. Gelen yeni emirler merkezi karar alma mekanizmasına bildirilir.

2.4 Hareket Kontrol, (Motion Control)
Robotun bulunduğu noktadan istenen bir noktaya götürülmesi bu alt birimin görevidir. Bu alt birim de üç alt birimden oluşur: yörünge planlama, kontrol, kayma sezme.

2.4.1  Yörünge  Planlama:  Robotun  gitmesi  istenilen  kordinatlar  robota  dünya  yüzeyi üzerinde  X-Y  ve  robotun  yönelim  açısı  olarak  verilir.  Oysa  kontrol  işlemi  tekerlek açısal  konumu  üzerinden  yapılır.  Dolayısıyla,  verilen  kordinatlar  açısal  kordinatlara çevrilmelidir. Çevrim, ters kinematik kullanılarak yapılır.

2.4.2  Kontrol: Robotun, açısal konum olarak verilen referans değerlere gitmesini daha doğrusu  belirtilen  hedef  koordinata  doğru  olarak  gitmesini  kontrol  birimi  sağlar. Kontrol  mutlaka  kapalı  çevrim  (closed  loop)  olmalıdır.  Gerçek  konum  enkoderler  ile okunarak geri beslenir. Referans konum ile gerçek konum karşılaştırılır ve gerekli tork hesaplanır.

Kontrol  konusunda  analitik  ve  zeki  (Intelligent)  yöntemler  olmak  üzere  çok  çeşitli alternatifler  önerilebilir.  TÜBİTAK  MAM  robotik  ve  otomasyon  bölümünde  kayma kipli   kontrol   (Sliding   Mode   Control)   yöntemi   biraz   geliştirilerek   mobil   robotlar üzerinde başarı ile uygulanmıştır [5].

2.4.3 Kayma Sezme: Konum bilgisi enkoderler vasıtasıyla ölçülür. Enkoderlerden gelen pulsler  sayılarak  robotun  konumu  hesaplanır  (dead  reckoning).  Bu  konum  bilgisi üzerinden kontrol yapılır. Eğer, zemin kaygansa, tekerlekler patinaj veya eksenel kayma yapabilir.  Buda  konum bilgisinin  yanlış  ölçülmesi  anlamına  gelir.  Bunu  önlemek  için ekstra  algoritmalar  geliştirilmiştir.  Zaten  enkoderler  ile  konum  hesaplama  tek  başına güvenli olmadığı için kamera yardımıyla görme ileriki bölümlerde önerilmiştir.

2.5 Algılama ve Güvenlik (Sensing and Safety)
Bir   çok   sensörle   donatılmış   böyle   bir   robotun   maliyetinin   çok   yüksek   olduğu düşünülürse, güvenlikten taviz verilemeyeceği açıktır. Burada robotun kendini güvene alması  söz  konusudur.  Mayına  basmama,  ağaç  veya  kayalara  çarpmama,  yarıklardan aşağı  yuvarlanmama  vb.  temel  güvenlik  konularıdır.  Güvenliği  sağlamak  için  değişik algılayıcılar ve algoritmalar (obstacle avoidance vb.) kullanılması gerekmektedir.

2.6 Arıza tanıma ve arıza durumunda çalışabilme (Fault Diagnoses)
Robotun şu arızalarının algılanması gerekmektedir; motor arızası, aşırı enerji tüketimi,
alt birim arızası, algılayıcıların arızası. Belli ölçülere kadar bu arızaların tanınması ve
bu arızaları tolere ederek işlevin sürdürülmesi amacıyla bu alt birime gerek vardır.