Otonom iş makinesi tasarımı ve algoritmasının oluşturulması

İş güvenliği riskinin yüksek olduğu; nükleer kalıntılara sahip yüzey küreme işleri, askeri yollar için yol seviyeleme uygulamaları veya insansız müdahale gerektiren küreme işlerinin yapılması için insansız iş makineleri kullanılmaktadır. Arazi yapısı ve içeriği göz önüne alındığında toprak işleri kendine özgü olmaktadır. Bunun sonucu olarak her zemin için yapılan iş kendine özgü bir nitelik taşımaktadır. Otonom araçların taşımacılıkta yaygınlaşmaya başlamasıyla birlikte iş makineleri için de farklı çözüm önerileri artmaktadır. Açık maden veya tesviye kazıları gibi programlanabilecek iş koşullarında insansız uygulamalar daha çok görülmektedir. Bu tezde dışarıdan girilebilecek bir arazi yapısının kotunu istenilen seviyeye getirmek için bıçak genişliği 1 m olan iş makinesinin belirli kısıtları göz önünde bulundurularak küreme işlemi yapan algoritma geliştirildi. Geliştirilen algoritma ile araç geri geri giderek başladığı noktaya en yakın tepeyi bulup ve bulunan tepe noktasından itibaren sınıra doğru küreme yapar. Bu işlem, kürenen şerit istenilen seviyeye gelene kadar tekrar edilir. Algoritmanın denenmesi için rastgele sayılarla farklı yüksekliklerde arazi modelleri oluşturuldu ve ızgara biçiminde küçük karelere ayrıldı. Başlangıçta şasi ağırlığı, batarya sayısı ve motor gücü vb. parametreler bir makul başlangıç değeri değer atanarak küreme işlemine başlanıldı. Aracın kazı yüksekliği ve sürükleme hacmi belirli bir sınır değerin altında tutuldu. Kazılan bölgenin yükseklik değeri güncellenerek arazi seviyelendi. Küreme işleminin süre, kazılan hacim ve sürüklenen hacim hesabı yapıldı. Boş gidiş, küreme ve sürükleme işlemleri sırasında oluşan kazı, eğim, yuvarlanma, sürtünme, zemin ve sürükleme dirençleri dinamik bir şekilde hesaplandı. Dirençlere ve araç hızına bağlı olarak gereken güç hesaplandı. Başlangıçta atanan motor gücü ile kıyaslanarak küreme işini yapabilecek kapasitede olup olmadığına karar verildi. Küreme işlemi boyunca harcanacak enerji miktarı hesaplandı ve gereken batarya sayısı bulundu. Başlangıçta atanan batarya sayısı ile kontrol edildi. Motor ve batarya gücünün yeterli olmaması durumunda yetersiz bileşenler güçlendirilerek küreme işlemi baştan benzetimle modellenerek tasarım hedeflerini yerine getirecek bir otonom dozer geliştirildi. 3 farklı küreme simülasyonu ve 9 farklı araç modelleme simülasyonu gerçekleştirildi. Otonom küreme aracının hızları değiştirilerek, 3 farklı zemin türü için analiz yapılmıştır. Arazi zorluğu arttıkça gerekli motor gücü ve batarya sayıdı artmakta, araç ağırlığı azaldıkça motor gücü ve batarya sayısı azalmaktadır. İş makinesinin tasarım hedeflerini gerçekleştirebilecek biçimde üretilmesinin maliyeti simülasyonla hesaplanmıştır. Bir iş makinesi tasarımcısının fiyat konusunda referans alabileceği bir çalışma sunulmuştur. Belirli kısıtlara sahip insansız iş makinesi ile insan müdahalesi olmadan seviyeleme işlemi yapılmıştır. Yenilemeli biçimde benzetim yapılarak seviyeleme işleminin zamin ve arazi koşullarına bağlı olarak en iyi iş makinesi özelliklerinin bulunmasına çalışılmıştır. Bu çalışma sayesinde insansız müdahale gerektiren seviyeleme uygulamaları iş güvenliği riski arttırılmadan en ekonomik biçimde çözülmüş olacaktır. Aracın motor kapasitesi, batarya gücü ve yürüyen aksamı yüksek verimli kullanılacaktır. Yenileme ile motor gücü ve batarya sayısı tasarım kriterlerini sağlayacak şekilde belirleneceği için iş makinesinin üretim maliyeti azalacaktır