Araç yapılırken kullanılan üretim yöntemleri;
Eklemeli Ġmalat Kullanılan Üretimi: Aracın iskeletini oluĢturmak için kullanıldı. Hem maliyeti ucuz hem de istenilen sonucu elde etmesi kolay olduğu için tercih edildi.
Tornalama: Enclosure tüpün ön ve arka kısımlarındaki alüminyum kapakların üretimi için kullanıldı.
Delik Delme: Aracın iskeletinin montajı için kullanıldı.
25 4.2.4. Fiziksel Özellikler Robotun nihai ölçüleri ġekil 27‟deki gibidir :
ġekil 27: Robotun Nihai Ölçüleri
Robotun Ağırlığı ve Hacmi
Robotun ağırlığı ise Teknofest Ġnsansız Su altı Sistemleri YarıĢma ġartnamesinde belirtilen maksimum 10 kg sınırlaması baz alınmıĢtır ve 8.150 kg olarak hesaplanmıĢtır.
Robotun hacmi 0,113 m3 „tür.
26
ġekil 28: Üst montaj parçasının kütle özellikleri
ġekil 29: Alt montaj parçasının kütle özellikleri
Üretim için hazır olan tasarım modelinin Solidworks CAD programı üzerinden öngörülen kütle özellikleri yukarıda verilmiĢtir.
27
Denge ve Yüzerlilik
ġasi, motorlar ağırlık merkezi eksenine yakın olacak Ģekilde konumlandırıldı. Robotun su altında stabilizasyonu sağlanması ve kararlı hareket edebilmesi için ağırlık merkezi ve kaldırma kuvveti arasındaki iliĢki (ġekil 30) dikkate alındı. Robota uygulanacak olan döndürme momenti (ġekil 31) göz önüne alınarak tasarımı yapıldı. Robota etki eden kaldırma kuvveti, robotun ağırlık merkezi ekseninin üstünde olacak Ģekilde yüksek hacimli, düĢük yoğunluklu süngerler robotun üst bölümüne yerleĢtirildi. Bu sayede pasif bir Ģekilde robot denge konumuna gelir.
ġekil 30: Serbestlik Dereceleri
ġekil 31: Serbestlik Dereceleri
28
Robotun pasif bir Ģekilde dengede kalması, yüzdürücü kuvvet ve ağırlık merkezi haricinde tüm sistemin yoğunluğudur. Robotun suyun içinde askıdadır. Bu özellik robota eklenen düĢük yoğunluklu süngerler sayesinde sağlanacaktır.
Robotun ağırlık merkezi ve büyüklüğüne eĢit olan yüzdürücü kuvvetlerin ortaya çıkardığı kuvvet sayesinde, robot pasif bir Ģekilde dengelenir. Suyun kaldırma kuvveti ve ağırlık merkezi aynı eksende olmaz ise, yüzdürücü kuvvet dengeye gelmek istediğinden dolayı ROV dengesini bulamaz.
ġekil 32: Su Özgül Ağırlığının Yüzdürme Üzerine Etkisi
ġekil 33: Döndürme momenti etkisi (B: sephiye noktası, G: ağırlık merkezi)
29
Su altı robotta Ģasi üst bölümüne yüksek hacimli ve düĢük yoğunluklu süngerler alt bölümüne ise metalik plakalar eklenecektir. Bu sayede robota etki eden kaldırma kuvvetiyle, robotun ağırlık merkezi ekseni aynı düzlemde olacak Ģekilde mekanik yapı oluĢturulması sağlanacaktır. Böylece, robot pasif bir Ģekilde denge konumuna gelecektir. Bu sayede robotun dengeye gelmesi için itici motorlara daha az ihtiyaç duyulacaktır. Bu da hem elektrik tüketimini hem de yapının yüksek akıma geçmeden çalıĢmasına olanak sağlamıĢtır.,
ġasi üzerinde itki motorları ağırlık merkezi eksenine yakın olacak Ģekilde konumlandırılmıĢtır. Robota uygulanacak olan döndürme momenti ġekil 32‟de gösterilen esaslar altında dikkate alınmıĢtır. Robotun su altında dengesinin sağlanması ve kararlı hareket edebilmesi için ġekil 33‟te verilen ağırlık merkezi ve kaldırma kuvveti arasındaki iliĢki dikkate alınmıĢtır.
Su altı robot sistemlerinde suyun kaldırma kuvveti ve ağırlık merkezi aynı eksende olmaz ise yüzdürücü kuvvet dengeye gelmek istediğinden dolayı robot dengesini bulamaz. Robotun ağırlık merkezi ve büyüklüğüne eĢit olan yüzdürücü kuvvetlerin ortaya çıkardığı kuvvet sayesinde, robot pasif bir Ģekilde dengelenecektir. Robotun pasif bir Ģekilde dengede kalması, yüzdürücü kuvvet ve ağırlık merkezi haricinde tüm sistemin yoğunluğudur. Robotun yoğunluğu 1 kg/m3‟ten düĢük olduğundan suyun içinde askıda kaldığı görülecektir. Bu özellik robot Ģasisinde kullanılan düĢük yoğunluklu malzemeler sayesinde sağlamıĢtı
30
4.3. Elektronik Tasarım, Algoritma ve Yazılım Tasarımı 4.3.1. Elektronik Tasarım Süreci
Elektronik tasarım sürecinde Gedik Robotics Team en ideal devre kartı seçimini yapmak için ekipçe karar vererek hareket etmiĢtir. Motorları kontrol edebilmek için elektronik hız kontrolcüleri pixhawktan gelen pwm datayı kullanır. Bu amaçla kart çizimi yapıldı (ġekil 33).
Devre kartı ile hem Esc lere güç dağıtımı yapmak hem de elektronik hız kontrolcüsünde meydana gelen gürültüleri engellemek için RLC filtre devresi kullanılmıĢtır .
ġekil 33: Elektronik Kartın Versiyon 1 Tasarımı
ISIS- ARES elektronik kart çizim ve simülasyon programı ile çizilmiĢ olan baskı devre kartının üretim sonrasındaki hali (ġekil 34‟te) gösterilmiĢtir.
ġekil 34: Devre Kartının Üzerine Komponentler YerleĢtirildikten Sonraki Görüntüsü
31
ÜretilmiĢ olan baskı devre kartına elektronik kompanentlerin yerleĢtirilmesiyle (ġekil 35) enclosure içinde muhafaza edilmeye hazır hale gelmiĢtir.
ġekil 35: Devre Kartının Enclosure Ġçerisinde Muhafaza Edilecek Son Hali
Koruyucu Muhafaza (Enclosure)
Koruma muhafazası (ġekil 36) için akrilik malzemeden oluĢan 114 mm bir iç çapa ve toplam 390mm uzunluğa sahip bir tüp kullanıldı. Tüpün uç kapaklarında bulunan o-ring flanĢlar sayesinde sızdırmazlık sağlandı. Bu uç kapaklarının arka kısmı konnektör giriĢine sahiptir. Toplamda 14 giriĢe sahip konnektör giriĢlerinin 6 tanesi motor için 1tane vakum portu,1 tanesi haberleĢme,1 tanesi basınç sensörü,1 tanesi sıcaklık sensörü,1 tanesi vakum portu ve 4 tanesi de yedek olacak Ģekilde bağlantıları yapılmıĢtır. Bu konnektör giriĢlerinin sızdırmazlığı akvaryum silikonu ile sağlanmıĢtır
ġekil 36: Elekronik Komponentler için Koruyucu Muhafaza
32
ġekil 37: Video Verici için Spektrum Analizi
Video vericinin 63 mW güç değerindeki spektrum analizi (ġekil 37) olarak osiloskoptan ölçülmüĢtür.
33 KULLANILAN MALZEMELER
Basınç Sensörü
ġekil 38: Basınç Sensörü
Bar30 basınç sensörü, suya karĢı yalıtılan ROV veya AUV‟daki su geçirmez bir muhafazaya hazır yüksek basınçlı, yüksek çözünürlüklü bir basınç sensörüdür. 0.2 mbar çözünürlükte su kütlesinde 2mm bir derinlik ölçüm çözünürlüğü vardır. Sensör, 30 bara (300m / 1000ft derinlik) kadar ölçüm yapabilir. Sensör I2C haberleĢme protokolüne sahiptir. I2C Protokolüne sahip tüm mikrodenetleyiciler ile uyumlu bir Ģekilde çalıĢabilir. Kullanılan bu sensör, ± 1 ° C'ye kadar hassas bir sıcaklık sensörü de içerir.
Sızdırmazlık Sensörü
ġekil 38: SOS Sızdırmazlık Sensörü
Bir sızıntı tespit edildiğinde, sinyal Vcc'ye yüksek çekilir ve parlak kırmızı LED yanar, böylece Arduino, Raspberry Pi, Pixhawk ve diğer birçok 3.3 V veya 5v cihazlarla entegrasyonu kolaylaĢtırır. ArduSub firmware destekleyen bu sensör sızıntı tespitinde büyük kolaylık sağlamaktadır.
34
Raspberry Pi Kamera
ġekil 39: Raspberry Kamera
Yüksek kaliteli görüntü algılama büyük veri iĢleme kapasitesi, 8 megapiksel sabit odak noktalı 1080p, 720p60 ve VGA90 destekli IMX219PQ CMOS görüntü algılayıcı 15-pin Ģerit kablosu bulunmaktadır. Raspberry Pi yüksek çözünürlüklü kamera üzerinde CSI konektörü bulunan tüm modeller ile uyumludur. Raspberry kamera, otonom görevleri yerine getirirken HD çözünürlükte video kullanmak için uygun olduğundan tercih edilmiĢtir.
FPV Kamera
ġekil 40: 1200TVL 1/3 CMOS FPV Kamera
Pan-tilt mekanizmasında pilotun görüĢ alanını arttırmak ve bu durumun ergonomik olması açısından kullanılan kameranın teknik özellikleri Ģöyledir. Çözünürlüğü 1200TVL, 4: 3/16: 9 değiĢtirilebilir ölçeğe sahip CMOS 1/3 sensöre sahiptir. Bu kamera FPV gözlükte en iyi görüntü alabilme özelliğinden dolayı tercih edilmiĢtir
35
Pixhawk
ġekil 41: Pixhawk Kontrol Cihazı
Pixhawk, QGroundControl kontrol programı üzerinden , Ardusub firware sayesinde su altıaracının kontrolünü ve ek olarak pwm sinyalini kullanarak servoları kontrol etmemizi sağlayan bir kontrol kartıdır . Ana iĢlemcisi 32 bit Arm Cortex M4 tabanlı ST Microelectronic‟in bir ürünü( STM32F427 Cortex M4 core with FPU). Bu iĢlemci “NuttX Real Time Operating System” ile kullanılıyor. Pixhawk içerisinde bulunan dahili MPU6000 serisi IMU sensörü sayesinde stabil bir kontrol sağlanacaktır.
Bordunun üzerinde Uart I2C CAN gibi çevresel birimler bulunmaktadır. Bunlarla sıcaklık ve basınç sensörlerinden veri alıyoruz .Sd kart desteği sayesinde uzun süre ve yüksek frekansta sensör verisini daha sonra incelemek için kaydedebiliyoruz .ST Micro L3GD20 3-axis 16-bit gyroscope ve MPU 6000 sensörü sayesinde robotun stabil olarak dengede kalması ve aynı zamanda denge durumunda kontrol edilebilirliği sağlanıyor .MEAS MS5611 barometre sensörü sayesinde robotun su altındaki basıncı PID olarak hesaplayarak aynı basınç değerinde kalması esas alınarak görev aĢamalarında aynı noktada beklenmesi sağlanıyor .Stability , manuel ve deep-hold modlarını joystickten ayarlayarak istediğimiz modlar arasında geçiĢ yapabilmektedir.
36
Raspberry Pi Model B
ġekil 42: Raspberry Pi 3 B
Debian tabanlı GNU/Linux iĢletim sistemine sahip Raspberry Pi 3'ün bu sürümle öne çıkan en önemli özelliği WiFi/Bluetooth desteği sunabilmesi ve Broadcom 1.2GHz Quad-Core ARM Cortex A53 iĢlemciye (BCM2873 SoC (Sytem-on-Chip)) sahip olmasıdır. Yeni 64 bit iĢlemciyle saat hızı %33 artmıĢ ve mimari yapıda bazı değiĢikliklerle 32 bitlik eski sürüme göre %50-60 performans artımı sağlanmıĢtır. Raspberry Pi 3 diğer bir artısı Wifi/Bluetooth özelliği kazanmıĢ olmasıdır. Bunun için kullanılan BCM43438 kombo çipi kart üzerine yerleĢtirilirken önceki sürümlerle aynı 'form faktörü' muhafaza etmeye özen gösterilmiĢtir. Bu anlamdaki küçük değiĢiklik antene yer açmak amacıyla LEDlerin SD kartın diğer yanına çekilmesidir. Bunun dıĢında tüm konnektörler mevcut yerlerindedir ve mevcut fonksiyonelliğini korumaktadır. Raspberry Pi 3 yine 5VDC mikro-USB güç adaptöründen beslenebilir. Fakat bu sefer 2.5A kadar çıkıĢ akımı sağlanabilir
Alıcı
ġekil 43: RC832H FPV Alıcı 32 Kanal 5.8ghz AV Alıcı
Görüntü ve Ses sinyallerini kablosuz alıcı modüldür. Doğrudan AV giriĢi olan görüntü cihazları veya monitörlere bağlanabilir.
37
ġekil 44 :BS TRIUMPH BlackSheep 5.8G Anten
5500-6000 MHz frekans aralığında en temiz video sinyali ve mümkün olan en iyi menzil için kullanım kolaylığı sağlamaktadır.
Güç Kaynağı
Güç kaynağı TEKNOFEST 2019 ĠNSANSIZ SU ALTI YARIġMASI Ģartnamesinde belirtildiği üzere havuz dıĢından tedarik edilecek 48V 15A DC ve 220VAC detayları belirtilmiĢtir. Kullanılacak DC gerilim kaynağı teknik özelliği keysight N8737A Ģeklinde belirtilmiĢtir.
ġekil 45 : Keysight N8737A
38
Röle
ġekil 46: 12V 15A 5 Pin Röle
Azami 15 Amper anahtarlama yapabilen bu 12V minyon spot röle ile 240W‟a kadar kaynakları açıp kapatabilmekteyiz.
Selenoid Valf
ġekil 47: Selenoid Valf
Pistonlarımızın hareketini sağlamak için joystick üzerinden verdiğimiz komut ile pixhawk kontrol kartına bağlı olan rölenin PWM olarak tetiklenerek selenoid valf için anahtarlama yapmasını sağlar.
39
Video Verici
ġekil 48: HV 5.8 GHz 48CH Raceband 1 mW> 600 mW Video FPV Verici
2S-4S gerilim aralığında, 1mW -> 600mW doğrusal güç kontrolüne sahip fpv sistem için görüntü aktarımı sağlayan verici kompenentidir.
Konvertör
ġekil 49: 300-450W Konvertör
GiriĢ gerilimini sistemin ihtiyacına göre DC veya AC gerilimlere dönüĢtürme özelliğine sahip elektronik bir komponenttir.
40
Kablo
ġekil 49 : Özel Üretim kablonun Üretimi yapılmadan Önceki Detaylı Çizimi
ġekil 50: Özel Üretim Kablonun Ġçerisinde Bulunan Enerji Kablosunun Üretimi Kablonun içerisinde bulunan 7 per (14 adet) veri kablomuz ve 2x1,5 Enerji iletimi için gerekli olan güç kablosu ve pnömatik gripper sistemi için gerekli 6mm dıĢ çapı olan pnömatik hortum bulundurmaktadır.
41
Elektronik Hız Kontrolcüsü (ESC)
ġekil 51: Motor Sürücü
Üç fazlı fırçasız dc motoru kontrol edebilmek için pwm sinyal üreten , 7-26 V aralığında çalıĢan ve maksimum 30A çıkıĢ verebilen elektronik kompanenttir.Kullandığımız 320kv brushless motorun thruster testlerinde motorun çektiği akım değerleri maksimum gain ve itki kuvvetinde 16 A civarlarında bir akım çektiği için kullandığımız motora göre uygun bir esc seçimi yapılmıĢtır.