Design of quadruped robot for autonomous exploration and earthquake rescue

Son yıllarda, tekerlekli robotlar için sorun olabilecek zorlu arazilerde yürüme kabiliyetlerine sahip oldukları için dört ayaklı robotlar büyük ilgi görmüştür. Bu da onları afet ortamlarında keşif ve Arama-Kurtarma (SAR) operasyonları için oldukça uygun hale getirmektedir. Bu tez, algılama görevlerini yerine getirirken yürüyebilen, uygun maliyetli, otonom bir dört ayaklı robotun tasarımını sunmaktadır. Araştırmanın iki ana odağı mekanik tasarım ve elektronik tasarımdır. Mekanik yön, yapısal çerçeveyi, çalışma mekanizmasını, ters kinematiği ve özel bir yürüyüş modelini içerir. Diğer yandan, elektronik sistem tasarımı, otonom navigasyon, algılama ve kontrolü sağlamak için bir ESP32 mikrodenetleyici ve ESP32-CAM'i çeşitli sensörler ve aktüatörlerle entegre etmektedir. Yazılım sistemi, ultrasonik sensörler kullanarak gerçek zamanlı engel tespiti, acil durum sesli uyarısı olan bir MQ sensörü kullanarak gaz izleme ve video akışı sunmaktadır. Ayrıca, haritalama, yerelleştirme ve yol planlama dahil olmak üzere gelişmiş otonom keşif için bir 2D RPLIDAR A1 sensörü entegre edilmiştir. Bu yetenekler, görselleştirme için RViz ve gerçekçi simülasyon için Gazebo dahil olmak üzere Robot İşletim Sistemi (ROS) kullanılarak uygulanmış ve test edilmiştir. Bu iş birliği çalışmaları, düşük maliyetli dört ayaklı robotların gerçek dünya acil durum senaryolarında konuşlandırılma olasılığını kanıtlamaktadır. Donanım, yazılım ve simülasyonun entegrasyonu, tasarımı doğrulamakla kalmayıp aynı zamanda arama kurtarma görevlerinde daha fazla özerklik ve sağlamlığın sürekli geliştirilmesi için de olanaklar sunmaktadır.

Recently, quadruped robots have gained high attention because they have the ability to walk through difficult terrain that might be a problem for wheeled robots. This makes them highly suitable for exploration and Search-and-Rescue (SAR) operations in disaster environments. The thesis presents the design of a cost-effective autonomous quadruped robot capable of walking while performing sensing tasks. The research has two main focuses, which are mechanical design and electronics design. The mechanical aspect includes the structural framework, working mechanism, inverse kinematics, and a custom gait pattern. On the other hand, the electronics system design integrates an ESP32 microcontroller and ESP32-CAM, along with several sensors and actuators, to enable autonomous navigation, perception, and control. The software system offers real-time obstacle detection using ultrasonic sensors, gas monitoring using an MQ sensor with an emergency buzzer alert, and video streaming. In addition, a 2D RPLIDAR A1 sensor is integrated for advanced autonomous exploration, including mapping, localization, and path planning. These capabilities are implemented and tested using the Robot Operating System (ROS), including RViz for visualization and Gazebo for realistic simulation. These collaborative efforts prove the possibility of deploying low-cost quadruped robots in real-world emergency scenarios. The integration of hardware, software, and simulation not only validates the design but also opens possibilities for continued development of more autonomy and robustness in SAR missions.