Robotik sistemler için elektronik kontrol ünitesi tasarımı

Robotik sistemler sensör gibi çevre algılama birimleri vasıtasıyla ortamı tanıyarak hareket vasıtasıyla verilen görevleri kendi kontrolünde yerine getirebilen mekanizmalar olarak tanımlanabilir. Robotik sistemler günümüzde pek çok alanda işleri otomatikleştirmek amacıyla bir anaç veya yardımcı ara sistem olarak kullanılabilmektedir. Bu kullanım alanları savunma sistemleri, lojistik, tıbbi işlemler v.b. yerlerde farklı örnekleri ile karşımıza çıkmaktadırlar. Kullanım yelpazesi geniş olan robotik sistemlerin verilen görevleri yerine getirmesi için gelen verileri işleyebileceği bir kontrol ünitesine ihtiyaç duyduğu bilinmektedir. Kontrol ünitesi bir robotik sistemin bulunduğu ortamın değişkenlerini anlamlandırabilme ve gereken hareket reaksiyonunu gösterebilme becerisi sağlayan elektronik ve yazılımsal sistem olarak adlandırılabilir. Bu tez çalışmasının konusu da robotik sistemleri kontrol edebilecek kapasiteye sahip genel amaçlı bir kontrol donanımı tasarımının oluşturulmasıdır. Gerçekleştirilen çalışmanın odak noktası donanımsal özellikleri yeterli ve gömülü yazılım açısından kontrolcü denetimi iyi derecede, yerli üretime katkı potansiyeli olan bir donanım ortaya koymaktır. Çalışmaları kısaca özetlemek gerekirse öncelikle kontrol donanımının gereksinimleri bazında özellikler belirlenerek açık kaynak yazılım olan KiCAD devre tasarım programında şematik ve PCB (Baskı Devre Kartı) tasarımları gerçekleştirilmiştir. Donanım tasarımı ve üretim aşamaları tamamlandıktan sonra kontrol ünitesi merkezinde kullanılan STMicroelectronics marka MCU (Mikrodenetleyici Birim) ile firmanın sağlamış olduğu ücretsiz STM32CubeIDE derleyicisinde genel kontrolcü yazılım tasarımı yapılmıştır. Donanım ve gömülü yazılım tamamlandıktan sonra içerisinde bulunduğu mekanizmayı kontrol edebilmesi ve performans testlerinin gerçekleştirilmesi hedefinde bir otonom mobil robotunun (AMR) kontrol panosuna dahil edilerek ana bilgisayar ile koordineli bir şekilde çalıştırılmıştır. Mobil robotun tüm sistem modellemesi bilinmediği için robottan alınan giriş ve çıkış verileri bazında MATLAB (Öğrenci Sürümü) sistem tanımlama ve simülasyon araçları kullanılarak transfer fonksiyonu oluşturulmuş, bu transfer fonksiyonu üzerinden farklı türlerde kapalı kontrol yöntemleri denenerek kontrol ünitesinin performans analizleri yapılmıştır. Sonuç olarak bu tez çalışmasında robotik sistemlerde kullanılması hedeflenen bir REKÜ (Robotik Elektronik Kontrol Ünitesi) donanımının tasarlanması ve geniş kapsamlı analizi gerçekleştirilmiştir.