Endüstriyel temizlik robotları için geliştirilen yeni bir boustrophedon tabanlı kapsama algoritması: performans iyileştirmeleri ve uygulama

Abstract

Endüstriyel temizlik robotları, geniş ve karmaşık ortamlarda, özellikle fabrikalar ve büyük perakende alanlarında kullanılmaktadır. Bu robotların, engellere çarpmadan veya çok yaklaşmadan etkili bir şekilde çalışması kritik öneme sahiptir. Boustrophedon kapsama alanı temelli tam kapsama yol planlama algoritması, robotların bir alanı eksiksiz ve düzenli bir şekilde taramasını sağladığı için endüstriyel uygulamalarda sıkça tercih edilmektedir. Bu çalışmada, Robot Operating System (ROS) platformunda özelleştirilmiş bir boustrophedon kapsama alanı temelli yol planlama algoritması sunulmaktadır. Önerilen algoritma, klasik boustrophedon algoritmasına kıyasla güvenlik marjı yerine parametrik şişirme yarıçapı kullanarak robotun hareket alanını optimize etmektedir. Bu yöntem, robotun engellere yaklaşmadan alanı daha verimli kapsamasını sağlamaktadır. Gerçekleştirilen testlerde, önerilen algoritma, klasik boustrophedon algoritmasına kıyasla %98,2 kapsama yüzdesine ulaşarak daha yüksek bir kapsama sağlarken, dönüş sayısını %61 oranında azaltmıştır. Seyahat süresi ve yol uzunluğu gibi performans metriklerinde de kayda değer iyileştirmeler gözlemlenmiştir. Testlerde hesaplama süresi 44 saniye, yol takip süresi ise 101 saniye olarak ölçülmüştür. Robotun toplamda kat ettiği mesafe 19,43 metre olup, dönüş miktarı ise 19,56 radyan olarak belirlenmiştir. Bu sonuçlar, önerilen algoritmanın hem engelli hem de engelsiz ortamlarda daha kısa sürede daha yüksek kapsama oranıyla çalışabileceğini göstermektedir. Algoritma, endüstriyel temizlik robotları için önemli bir gelişme sunmakta ve geniş çaplı uygulamalarda etkin bir çözüm olarak öne çıkmaktadır.

Industrial cleaning robots are used in large and complex environments, especially in factories and large retail spaces. It is critical for these robots to operate effectively without hitting or approaching obstacles. The boustrophedon coverage-based full coverage path planning algorithm is frequently preferred in industrial applications because it enables robots to scan an area completely and regularly. In this study, a customized boustrophedon coverage-based path planning algorithm is presented on the Robot Operating System (ROS) platform. The proposed algorithm optimizes the robot's movement area by using a parametric inflation radius instead of a safety margin compared to the classical boustrophedon algorithm. This method allows the robot to cover the area more efficiently without approaching obstacles. In the tests performed, the proposed algorithm achieved a higher coverage rate of 98.2% compared to the classical boustrophedon algorithm, while reducing the number of turns by 61%. Significant improvements were also observed in performance metrics such as travel time and path length. In the tests, the calculation time was measured as 44 seconds and the path tracking time as 101 seconds. The total distance covered by the robot is 19.43 meters and the rotation amount is determined as 19.56 radians. These results show that the proposed algorithm can work with higher coverage rate in both obstacle and unobstructed environments in a shorter time. The algorithm offers a significant development for industrial cleaning robots and stands out as an effective solution in large-scale applications.