A USB-based real-time communication infrastructure for robotic platforms

Robotlar genel olarak algılayıcılardan veri toplama, algısal girdileri kararalmak için değerlendirme, ve komutları uygun eyleyiciler üzerinde uygulamaşeklinde bir dizi görevleri yerine getirerek çalışmaktadırlar. Bu döngü verilerinrobotun elektro-mekanik bileşenleri arasındaki iletimini gerektirdiğinden,yüksek kalitede bir iletişimi sağlama temel bir gereksinimdir. Kaliteli bir iletişimaltyapısı güvenilirlik, dayanıklılık, geliştirilebilirlik ve verimlilik gibi özelliklerinyanı sıra, kullanıldığı robotun bütün iletişim ihtiyaçlarını karşılayabiliyor olmalıdır.Örneğin, hızlı hareket eden, tepkin bir kontrol birimine sahip olan vekritik zamanlı işlerde kullanılan özerk bir robotun istenen tepki sürelerini garantieden gerçek zamanlı bir iletişim altyapısına sahip olması gereklidir.Evrensel Robot Veriyolu (URB), dağıtık kontrol sistemleri için tasarlanmışI2C tabanlı bir iletişim çatısıdır ve özellikle hızlı hareket eden özerk robotlardakullanılmak üzere geliştirilmiştir. Kullanıcılara gerçek zamanlı işlem olanağı tepkizamanlarında üst limitler tanımlanarak verilmiştir. URB, merkezi bir kontrolbirimi ile dağıtık bulunan algılayıcı ve eyleyici birimleri arasındaki veri iletimineolanak tanır. Merkezi bir topolojiyi benimseyerek dağıtık uç birimleri doğrudanmerkezi kontrol birimine bağlamak, merkezi birim etrafında bir darboğaz yaratmakta,özellikle ölçeklenebilirlik, gürültü ve kablolama hususlarında sorunlaryaratmaktadır. Bu problemi aşmak için, URB'nin fiziksel gerçekleştirimindemerkezi ve uç birimler arasına bir ağ geçidi (köprü) yerleştirilmiştir. Bu ağgeçidi merkezi birimin iş yükünü hafifletmekte ve bağlı bununduğu I2C veriyolunuyönetmektedir. Merkezi birim ve ağ geçidi arasındaki üst bağlantı kanalıolarak adlandırdığımız bağlantı, iletişim gereksinimlerini karşılayan yüksek bantgenişliğine sahip herhangi bir iletişim seçeneği ile gerçekleştirilebilinir.Bu tezin temel katkısı URB üst bağlantı kanalının Evrensel Seri Veriyolu(USB) kullanarak tasarım ve gerçekleştirimidir. USB'nin yoklama düzeneğindendolayı gerçek zamanlı işlem tam anlamıyla mümkün olmasa bile, 1ms'lik yoklamaperyotu uygulama alanımız için kabul edilebilir bir değerdir. Bu tezde, URBüst bağlantısının fiziksel gerçekleştiriminde kullanılan bazı donanım bileşenleriile geliştirilen yazılımların detaylı açıklamaları yer almaktadır. Bu detaylarınbaşlıcaları ağ geçidinde çalışan bellenim, merkezi birimde çalışan Linux tabanlıaygıt sürücü ve USB kütüphanesini kullanan bir istemci kontrol yazılımı, ve sonolarak uygulama-sürücü ve sürücü-bellenim arasında yer alan alt-protokollerdir.Bu tez ayrıca USB üst bağlantısının başarımını gidiş-geliş gecikmesi, bantgenişliği, ölçeklenebilirlik, dayanıklılık ve güvenilirlik gibi ölçütlere göre belirlemeyeçalışan deneylerin sonuçlarını da içermektedir. Son olarak, bu tez aygıtsürücü geliştirimi, Linux çekirdek programlama, iletişim protokolleri, USB vegerçek zamanlı uygulama alanları gibi konularda kaynak niteliğindedir.