ARAÇ TÜRÜ: DÖNER KANAT
ARAÇ GELİŞTİRME ŞEKLİ: YENİ ARAÇ
OKUL: ISPARTA UYGULAMALI BİLİMLER ÜNİVERSİTESİ TAKIM SORUMLUSU: İSMAİL ELİBOL
2 İçindekiler
1.Takım Şeması ... 3
1.1 Takım Bilgileri ... 3
1.2. Takım Organizasyonu ve Görev Dağılımları ... 3
2. İş Akış Çizelgesi ... 4
3. Tasarım ve Uçuş Kararlılığı ... 5
4. Kabiliyet ... 8
4.1 Görüntü İşleme ... 9
4.2 Hassas Atış ... 11
4.3 Hassas Konumlama: ... 11
4.4 Elektrik - Elektronik ve Güç Sistemleri ... 11
4.5 Malzemelerin Tanıtımı ... 12
4.5.1 Motor - T-Motor MN3110 ... 12
4.5.2 Uçuş Kontrol Kartı – Pixhawk ... 12
4.5.3 Pervane – Karbon fiber 12x45 ... 12
4.5.4 Devre Kesici – 100 Amper ... 12
4.5.5 ESC – Emax BLHeli Series 30A ... 12
4.5.6 GPS Modülü – Ublox Neo M8n ... 13
4.5.7 Pil - TATTU 10000mAh ... 13
4.5.8 Telemetri – 3DR ... 13
4.5.9 Kumanda ve Kumanda Alıcısı – Flysky fs i6x / fs ia6b ... 13
4.5.10 Gimbal - HAKRC Storm32 3 Eksenli ... 13
4.5.11 Kamera – sjcam Sj-4000 Air ... 13
4.6 İHA Güç Donanımı ve Devre Kesici ... 14
4.7 İtki – Performans Hesaplamaları ... 14
4.7.1 İHA Temel Hareket Koşulları ... 14
4.8 eCalc Hesaplama Tabloları ... 16
4.9 Missin Planner Log Dosyaları ... 16
5. Faydalılık ... 17
6. Yenilik ... 18
7. Yerlilik ... 18
8. Sadelik ... 19
9. Hakem Takdiri ... 19
10. Kaynakça ... 20
3 1.Takım Şeması
1.1 Takım Bilgileri
AD SOYAD OKUL SINIF BÖLÜM İLGİ ALANLARI
Gültekin Basmacı
MAKÜ Doktora Makine Mühendisliği Kompozit, Tasarım, İnovatif İsmail Elibol SDÜ 2.Sınıf Elektrik Elektronik
Mühendisliği
İHA, Otomosyon, Kablosuz Elektrik, Ses ve Görüntü Sistemleri, Ticaret Raşit Gebelek ISUBÜ 2.Sınıf Elektrik Elektronik
Mühendisliği
Otonom Cihazlar, Uzaktan Kumandalı Cihazlar Fatih Uygar ISUBÜ 2.Sınıf Elektrik Elektronik
Mühendisliği
Mikrodenetleyiciler, Sinyaller ve Sistemler, Basketbol Abdülkadir
Ertürk
ISUBÜ 2.Sınıf Elektrik Elektronik Mühendisliği
Telsiz ve Telemetry Sistemleri, Elektronik Altyapı, Sivil Toplum
Kuruluşları Burakcan Doğu ISUBÜ 3.Sınıf Mekatronik
Mühendisliği
İHA, Tasarım, Robotik, Basketbol Yusuf Enes
Uslu
MAKÜ 3.Sınıf Makine Mühendisliği Tasarım, Talaşlı İmalat Furkan Işıkdere ISUBÜ 2.Sınıf Elektrik Elektronik
Mühendisliği
Görüntü İşleme, Yazılım, Elektronik Tayfun Arabacı ISUBÜ YL Elektrik Elektronik
Mühendisliği
Uygulama Geliştirme, Yazılım
1.2. Takım Organizasyonu ve Görev Dağılımları
Donanım Biriminin Görevi: İHA’ nın stabil uçuş yapabilmesi için gerekli hesap ve analizlerin yapılarak kullanılacak malzemelerin belirlenmesini ve entegrasyonunu yapmaktır. Aynı zamanda yer istasyonunun çalışmalarını yürütmek ve bu istasyon üzerinden ardupilot ile İHA’nın yönetilmesini sağlayan ekiptir.
Görüntü İşleme Ve Yazılım Biriminin Görevi: Kameradan alınan verilerin işlenerek, veri tabanında bulunan kişilerin tespiti için gerekli algoritmayı geliştirip kamera ve yer istasyonunun koordineli çalışmasını sağlayan ekiptir.
Mekanik Biriminin Görevi: Şasede ve biber gazı atma mekanizmasında kullanılacak en uygun malzemenin belirlenip gerekli analizler doğrultusunda tasarımı oluşturmak, gerekli kesim ve baskı işlerini yaparak montajlamakla görevli ekiptir.
Gültekin Basmacı Danışman
Donanım Birimi
Fatih Uygar
Raşit Gebelek
Abdulkadir Ertürk
Görüntü İşleme ve Yazılım
Birimi
Tayfun Arabacı
Furkan Işıkdere
Mekanik Birimi
Burakcan Doğu
Enes Uslu İsmail Elibol
Takım Kaptanı
TABLO 1: Takım organizasyonu
4 2. İş Akış Çizelgesi
ZAMAN
GÖREV ve FAALİYETLER
1-14 Ocak 15-31 Ocak 1-16 Şubat 17-29 Şubat 1-16 Mart 17-31 Mart 1 - 15 Nisan 15 - 30 Nisan 1-15 Mayıs 16-31 Mayıs 1-15 Haziran 16-30 Haziran 1-15 Temmuz 16-31 Temmuz 1-15 Ağustos 16-31 Ağustos 1-15 Eylül
Kavramsal Tasarımın
Oluşturulması Literatür Araştırması Kavramsal Tasarım Kavramsal Tasarım Raporu
Tamamlanması Detaylı Tasarım Detaylı Tasarım Araştırması Malzeme Tedarik Edilmesi
Nihai Tasarımın
Oluşturulması Prototip Üretilmesi Mekanik Bileşenlerin Üretimi
Elektrik ve Elektronik Sistem
Entegrasyonu Biber Gazı Atma Sistemi
Kompanentlerin
Birleştirilmesi İtki Sistemi Testleri Biber Gazı Atma Sistemi
Testleri Güncellemeler ve Nihai
İHA'nın Oluşturulması Otonom Uçuş Testlerinin
Yapılması Görev Test Uçuşları Detaylı Tasarım Raporu
Tamamlanması Test Uçuşları Görev Test Uçuşları Teknofest Görev Uçuşları Teknofest Ödül Töreni
5 3. Tasarım ve Uçuş Kararlılığı
Kararlı bir uçuş yapabilmek için motorlar arasındaki mesafenin az olması gerekmektedir. Güçlü bir kalkış için ise motorlar arasındaki mesafenin geniş olması gerekmektedir. Hem kararlı hem de güçlü bir kalkış yapabilmek için optimum düzeyde bir kol açıklığı belirleyerek motorların arasındaki mesafe 600 mm olarak kararlaştırılmıştır. Parçaların çoğunluğunda ağırlığı düşük ve aynı zamanda dayanıklı bir malzeme olan karbon fiber tercih edilmiştir. Karbon fiber kullanılan parçalar gövde, kollar, bacaklar, batarya tutucu ve motor tutucunun üst ve alt kısımlarıdır.
Motor tutucularda öncelikle PLA malzeme düşünülmüştür fakat PLA malzemenin sertliği yüksek ve esnekliği az olduğu için çabuk kırıldığı görülerek üst ve alt yüzeyleri karbon fiber ile desteklenmiştir. Böylelikle kırılmaya karşı daha dayanıklı bir yapı ortaya çıkmıştır. Yük taşıma işlemi motorlar ile sağlanacağından gövde ile
yapılan bağlantıda sağlamlık ön plana çıkmaktadır. Bu nedenle kollar karbon fiber boru olarak seçilmiştir. Pervanelerde karbon fiber kullanılmıştır. Karbon fiber pervanelerin plastik pervanelere göre daha az titreşim yapması, daha sessiz ve daha sağlam olması tercih sebebi olmuştur.
İniş takımının dikey ve yatay bileşenlerinin birleştirilmesinde Şekil 2’deki alüminyum T boru üretilmiştir. İniş takımının gövde ile birleştirilmesinde Şekil 3’teki alüminyum parça üretilmiştir.
Alüminyumun tercih nedeni hafifliğinin yanında dayanıklı bir yapıya sahip olmasıdır. Bu sayede olası sert inişlerde herhangi bir kırım yaşanmasına engel olunarak sağlam bir yapı elde edilmiştir.
Dayanıklılığın çok önemli olmadığı parçalarda ise PLA malzeme kullanılmıştır. Bu parçalar kol sabitleme parçası, motor tutucunun orta kısmı ve güç dağıtım kartının kutusudur.
Birleştirmelerin %90’ı vidalı birleştirme olarak yapılmıştır. Diğer birleştirmeler ise sökülemez birleştirme olan yapıştırma ve çift taraflı bant ile yapılmıştır.
Şekil 1: Motor Tutucu
Şekil 2: T Boru Şekil 3: Bacak Tutucu
6
Biber gazı atma mekanizması yapıştırma işlemi uygulanarak montajlanmıştır. Küçük parçaların sabitlenmesinde ise çift taraflı bant uygun görülmüştür. Sert inişlerde sönümleme işlemi yapabilmesi için bacaklarda sünger malzeme kullanılmıştır. Böylelikle olası sert inişlerde bacaklara ve gövdeye daha az yük binmesi hedeflenmiştir. Biber gazı atma mekanizması ise eğimli bir şekilde tasarlanarak yer çekiminden maksimum fayda elde edilmesi amaçlanmıştır. Biber gazının düşme noktaları iki adet servo motor ile kontrol edilerek biber gazının istenen zamanda olay yerine bırakılması sağlanmıştır. Şekil 4’teki mekanizmanın dayanıklılığı ön planda olmadığı için az maliyetli bir malzeme olan PLA tercih edilmiştir. Kamerada ise yüksekliğe göre kameranın açısının ayarlanabilmesi ve yüzün istenilen açıda görülebilmesi için gimbal sistemi kullanılmıştır. Kararlı bir uçuş için ağırlık merkezi mümkün olduğunca merkeze yakın konumlandırılmıştır.
TABLO 2: Malzeme Ağırlık Tablosu
No Parça Adı Ağırlık (gram) Adet Toplam Ağırlık (gram)
1 Karbon Fiber Gövde 382 1 382
2 T-Motor MN3110 80 4 320
3 Pervane 16 4 64
4 ESC 28 4 112
5 Sigorta Kesici 41 1 41
6 GPS 51 1 51
7 Pixhawk Uçuş Kontrol Kartı 36 1 36
8 RC Alıcı 15 1 15
9 Lipo Batarya (10000mAh) 938 1 938
10 SG90 Servo Motor 9 2 9
11 Biber Gazı Atma
Mekanizması
22 1 22
12 Biber Gazı 70 2 140
13 Motor Tutucu 50,3 4 201,2
14 Bacak Tutucu 16,2 4 64,8
15 M3 Somun ve Vida 1,5 53 79,5
16 M4 Somun ve Vida 4,5 28 126
17 Kol Tutucu 2,26 16 36,16
18 Gimbal ve Kamera 80 1 80
19 PDB 23 1 23
20 Telemetri Modülü 20 1 20
21 Kablolama 72 1 72
TOPLAM 2832,66
Şekil 4: Biber Gazı Atma Mekanizması
7
Gövde, motor tutucu ve kolların statik analiz görüntüleri aşağıda verilmiştir. Bu parçalar normalden daha yüksek yükler ile test edilmiştir. Bunun nedeni herhangi bir olağanüstü koşula karşı dayanıklı olup olmadığının tespit edilmek istenmesidir. Böyle bir durumda parçaların nereden kırılacağı tespit edilmiştir ve o bölgelere gerekli güçlendirmeler yapılmıştır. Analiz sonucunda bu parçaların emniyetli bir şekilde kullanılabileceğine karar verilmiştir.
Şekil 5: İHA Parçalarının X, Y ve Z Eksenlerine Göre Uzaklıkları
Şekil 6: Gövdenin Statik Analizi
8 4. Kabiliyet
Flyrose’ un temel görevlerinden bir tanesi gerçek zamanlı yüz tanıma yapabilmesidir.
Belirlenen alan içerisinde otonom uçuş ile kameradan alınan görüntüleri işleyerek, veri tabanımıza eklediğimiz bilgileri kullanıp veri tabanında kayıtlı olan suçluyu tespit etmektedir.
Yere aktarılan görüntünün izlenmesi ve telemetriden gelen anlık uçuş verilerinin takibi iki farklı monitörden yapılacaktır.
Flyrose’ un diğer görevi ise eylem, provokasyon vb. taşkınlığın olduğu durumlarda havadan biber gazı kapsüllerini bırakmaktır. Yanmaya başlayan biber gazı kapsülünü kendi hazırladığımız düzenek sayesinde yer çekimini kullanarak servo motorların kontrolü ile istenilen alana bırakabilmektedir. Bu işlem yapılırken tamamen personel kontrolünde yapılacaktır.
Şekil 7: Motor Tutucunun Statik Analizi
Şekil 8: Kolun Statik Analizi
9 4.1 Görüntü İşleme
Derin öğrenme ve görüntü işleme yöntemleri kullanılarak fotoğraf, video ve gerçek zamanlı görüntülerin analizleri gerçekleştirilebilir. Bu noktada fotoğraf, video ve gerçek zamanlı görüntülerden aranan kişilerin, hedeflerin tesbitine yönelik bir çalışma gerçekleştirilmiştir. Son yıllarda yapay zekâ tabanlı bileşenlerle güçlendirilen bu sistemler hem daha hızlı hem de daha kesin hedef tespiti yapmayı sağlamaktadır. Öte yandan, derin öğrenme algoritmaları yapay zekâ alanında bir devrim yaratmıştır. Derin öğrenme algoritmalarının görüntü işlemede kullanılması oldukça başarılı sonuçlar alınmasını ve karmaşık görüntü işleme problemlerinin kolaylıkla çözüme kavuşturulabilmesini sağlamaktadır. Bu çalışmada Google’ın açık kaynak kodlu makine öğrenmesi kütüphanesi TensorFlow kullanılmıştır.
Yine çalışmamızda nesne takibi için Region Based Convolutional Networks kütüphanesinden Faster R-CNN modeli ele alınmıştır. Bu kütüphaneler ile durağan görüntüler, video görüntüleri ve kamera görüntüleri üzerinde nesne tanıma işlemi gerçekleştirilmiştir.
Kişi ve nesne tanıma uygulamamız Python programlama dili platformunda geliştirilmiştir.
Geliştirdiğimiz uygulama ve testlerin aşamaları aşağıda verilmektedir.
Adım 1 Resim Toplama ve Etiketleme: Belirlediğimiz kişileri ve nesneleri bu aşamada farklı ortamlar, farklı açılar ve ışıklandırmalar kullanılarak yaklaşık her bir nesne için 200 adet fotoğraf data seti oluşturulmuştur. Yine eğitimi yapılacak fotoğrafların bazı yerleri kapatılarak eğitimi yapılacak data seti bu şekilde hazırlanmıştır. Çok büyük resimlerin eğitimi uzun süreceği için boyutları küçültülmüştür. Resim data seti oluşturulduktan sonra train ve test klasörlerine %80 ve %20 oranında paylaşımı yapıldıktan sonra tek tek tüm fotoğrafların .xml dosyası şeklinde oluşturulmuştur.
Şekil 9: Resimlerin Labellmg ile Etiketlenmesi
10
Adım 2 Eğitim Verisi Oluşturma: Her resim etiketlendikten sonra TFRecord oluşturulmuştur.
Daha sonra ise .csv dosyaları oluşturulduktan sonra sınıf bilgileri girilmiştir. Geliştirilen uygulama için “aranan_tayfun_arabaci”, “aranan_ismail_elibol”, “tehlike_bicak”, “tehlike_ates”
etiketleri oluşturulmuştur.
Adım 3 Eğitim Ayarlarının Yapılması: Bu aşamada, programlama platformu üzerinde hangi model ve hangi parametrelerin kullanılacağı belirlenmiştir. Önce, çalışmak istenilen modelin yolu belirtilmiş. Sonra, oluşturulan record ve labelmap dosyasının yolu verilmiştir. Daha sonra, kaç tane test için resim varsa sayısı yazılmıştır. Son aşamada ise oluşturulan test record ve labelmap dosya yolları belirtilmiştir.
Adım 4 Eğitimin Gerçekleştirilmesi: Konsoldan TensorFlow aktif edildiktikten sonra Python path ayarı yapılarak eğitim başlatılmıştır. 15 gün boyunca eğitim sırasında ekrana açılan loss grafiği ile istenilen sonuç sıfıra yakınlaşıncaya kadar takip edilmiştir. Toplamda 50 bin adım eğitim gerçekleştirilmiştir.
Adım 5 Nesne Tespiti: Bu adımda resim, video ve kamera verileri üzerinde nesne ve yüz tanıma uygulaması gerçekleştirilmiştir.
Şekil 10: Resim, Video ve Kamera Verileri Üzerinde Nesne ve Yüz Tanıma Sonuçları
Kameradan gelen görüntüleri yer bilgisayarımızda işlemizin nedeni İHA’mızın düşmesi veya harici kişiler tarafından ele geçirilmesi halinde veri tabanımızın ve kaynak kodlarımızın korunması sağlamıştır.
Yaptığımız bu çalışmada derin öğrenme ile hareketli nesne tanıma ve bulunan hedefin tespit edilip yer istasyonuna aktarılarak, yer istasyonundan gelen anlık sinyal ile hedefin başarılı bir şekilde tanınması sağlatılmıştır.
11 4.2 Hassas Atış
İHA’mızın önemli özelliklerinden birisi de biber gazı kapsülünün istenen alana bırakmasıdır. İHA’mızı istediğimiz alana götürdükten sonra biber gazı kapsülü kumandadan ateşlenip belirlediğimiz alana bırakılmaktadır. Testlerimiz sonucunda kapsülün hedefi yaklaşık 30 cm sapma ile vurması hedeflenmektedir. Biber gazı kapsülü sadece düştüğü noktaya değil çevresine de tesir edebildiğinden dolayı planladığımız sapma olsa dahi bu sapma göz ardı edilebilmektedir.
4.3 Hassas Konumlama
Flyrose’un güvenlik İHA’sı olması açısından hata oranı oldukça az olması önceliklerimizdendir.
Uçuş güvenliğinin sağlanmasındaki önemli unsurlardan bir tanesi de hava aracının yerini iyi bilerek bundan emin olmasıdır. Flyrose ile yapılan test uygulamalarında konumunu korumada ve belirlenen konumlara yönelmede oldukça verimli sonuçlar elde edilmektedir. Testlerde bazı koordinatlar belirlenerek hava aracının bu noktalara iniş yapması istenmiştir. Bunların sonucunda konumdaki sapma yaklaşık 30 cm olarak ölçülmüştür.
4.4 Elektrik - Elektronik ve Güç Sistemleri
Şekil 12: İHA Devre Şeması
Şekil 11: Biber Gazı Atma Anı
12 4.5 Malzemelerin Tanıtımı
4.5.1 Motor - T-Motor MN3110
Projemiz doğrultusunda hızdan çok tork ve itki kuvveti önemli olduğundan dolayı stator genişliğini ön planda tuttuk. Stator genişledikçe düşük devirde çalışan motorlardan daha çok tork almayı hedefledik.
Motorumuzun stator çapı: 31 mm, stator uzunluğu: 10 mm, maksimum gücü: 481 W, maksimum sürekli akımı: 26 amperdir. Diğer itki sistemi
bileşenleriyle (pervane, pil, ESC) hesapladığımızda, ağırlığımıza uygun itki değeri, havada kalma süremize uygun akım değeri, emsal motorlarla kıyasladığımız zaman daha verimli olması ve havada stabil uçuşu yakalayabileceğimizden dolayı bu motora karar verilmiştir.
4.5.2 Uçuş Kontrol Kartı – Pixhawk
Pixhawk hata oranı oldukça düşük ve en stabil çalışan oto pilot ürünlerinden biridir. Mission Planner arayüzü ile İHA’nın kontrolünü sağlayarak ve uçuş esnasında gelen verileri görerek üzerinde düzenlemeler yapılabilmektedir. 14 adet 7V PWM çıkışı ile fırçasız ve servo motorlar rahatlıkla kullanabilmektedir. Pixhawk üzerinde bulunan
UART, I2C, CAN haberleşme birimleri sayesinde farklı sensör ve kontrol elemanları kullanılabilmektedir. Kontrol kartındaki dâhili ivmeölçer / jiroskop, magnetometre sayesinde güvenli ve kontrol altında uçuş yapma imkânı sağlamaktadır.
4.5.3 Pervane – Karbon fiber 12x45
Pervanemizi 12x45 seçmemizin nedeni itki/ağırlık hesaplamaları sonucunda diğer itki sistemi bileşenleriyle uyumlu olmasından dolayıdır. Karbon fiber malzemenin sertliği yüksek olduğu için motorlarda titreşim rezonansını önlemeye yardımcı olmaktadır. Standart pervanelere göre daha sağlam ve daha iyi aerodinamik özelliklere sahiptir.
4.5.4 Devre Kesici – 100 Amper
Motorlar ve diğer elektronik aksamın çekecekleri amper hesaplamaları sonucunda 100A devre kesici yeterli görülmüştür.
4.5.5 ESC – Emax BLHeli Series 30A
Hesaplamalar ve analizler sonucunda motorun çektiği akım dikkate alınarak 30A ESC’nin yeterli olacağı belirlenmiştir.
Şekil 13: T-Motor MN3110
Şekil 14: Pixhawk
Şekil 15: Karbon fiber Pervane
Şekil 16: Devre Kesici
Şekil 17: 30A ESC
13 4.5.6 GPS Modülü – Ublox Neo M8n
Tasarladığımız İHA’nın en önemli özelliklerinden biriside bulunduğu yerin bilinmesi ve hassas alan tarama yapmasıdır. GPS’in İzleme hassasiyeti: -161 dBm, yakalama hassasiyeti:-148dBm’dir.
4.5.7 Pil - TATTU 10000mAh
Pil seçimini yaparken itki sistemleri bileşenlerinin ve diğer elektronik aksamın ihtiyacı doğrultusunda gerekli güç, akım, gerilim gibi hesaplamaları yaparak pilimizin özellikleri belirlenmiştir.
Hesaplamalarımız sonucunda 10000mAh 14.8V 25/50C 4S1P XT60 konnektörlü Li-Po pilin yeterli olacağı kanısına varılmıştır.
4.5.8 Telemetri – 3DR
Pixhawk üzerinden ardupilotta istenen verileri aktarmak amacıyla bu telemetri sistemi kullanılacaktır. Çalışma frekansı: 433 MHz, iletim gücü:
20dBm’dir.
4.5.9 Kumanda ve Kumanda Alıcısı – Flysky fs i6x / fs ia6b
İHA’mızın uzaktan kontrolünün en iyi şekilde sağlanması için 2.4 ghz ISM bandında haberleşmesi ve uçtan uca şifreli olmasından dolayı tercih edilmiştir. Kumandanın ara yüzü sayesinde switch ve potansiyometrelerin istediğimiz servo, röle veya fırçasız motorlara atanması kolayca yapılabilmektedir. Ayrıca 10 kanal olması projemiz doğrultusunda yeterlidir.
4.5.10 Gimbal - HAKRC Storm32 3 Eksenli
İHA’dan görüntünün düzgün şekilde alınması ve işlenmesi için görüntünün net olması önemlidir. Gimbal ile hem görüntünün net şekilde alınmasını hem de kumanda ile yöneterek 3 eksende görüş açımızın istediğimiz yönde ayarlanması planlanmıştır.
4.5.11 Kamera – sjcam Sj-4000 Air
Kişilerin yüz tespiti için görüntünün net olması önemlidir. Belirlemiş olduğumuz kamera 4k bandında yüksek kalitede yayın yapabilmektedir.
Dâhili wifi modülü sayesinde yer bilgisayarına anlık görüntü aktarabilmektedir. 170 derece açısı sayesinde geniş alanda tarama yapabilecektir.
Şekil 18: Ublox Neo M8n
Şekil 19: TATTU 10000mAh
Şekil 20: Telemetri
Şekil 21: Flysky fs i6x
Şekil 22: Gimbal
Şekil 23: Kamera
14 4.6 İHA Güç Donanımı ve Devre Kesici
Şekil 24: İHA Güç Dağıtım Şeması
İHA’nın güç beslemesi şekilde görüldüğü gibi 10000 mAh 14.8V bir Li-Po pilden elde edilmektedir. Fırçasız DC motorların çok akım çekmesinden kaynaklı oluşabilecek riskler ön görülerek güç dağıtım kartı tamamen havadan ve yüzeylerden izole hale getirilmiştir. Olası arıza durumunda akımın geçişini engellemek için motorların çekebileceği maksimum akım değerlerinin toplamı göz önünde bulundurularak 100A devre kesici kullanılmıştır.
4.7 İtki – Performans Hesaplamaları
4.7.1 İHA Temel Hareket Koşulları
Hesaplamalarda öncelikle İHA’nın ağırlığı ve tasarımı doğrultusunda itki hesabı yapılmalıdır. İHA kalkış esnasında ve seyir halindeyken motorların değişen kuvvetleri durumunda nasıl hareket ettiği belirlenmelidir.
Fnet = W Dengede Kalma
Fnet > W Yükselme
Fnet < W Alçalma
F4 + F3 > F1 + F2 İleri Yunuslama
F1 + F2 > F4 + F3 Geri Yunuslama
F1 + F4 > F3 + F2 Sağa Yuvarlanma
F2 + F3 > F1 + F4 Sola Yuvarlanma
F1 + F3 > F4 + F2 Sağa Yalpa
F4 + F2 > F1 + F3 Sola Yalpa
Şekil 25: İHA'ya Etkiyen Kuvvetler
15
Yukarıda yapmış olduğumuz hesaba göre kalkış ağırlığımız 2832 g belirlenmiştir. İtki sistemleri bileşenleri ( motor, pervane, ESC) belirlenirken itki / ağırlık oranı %50 olmalıdır. Yani İHA’yı yaklaşık yarı gazda havaya kaldırabilmek gerekir. Bu İHA’nın kontrolünü ve rüzgarda stabil kalabilmesini sağlayacaktır.
Şekil 26: İHA İtki Algoritması
TABLO 3: İHA’nın Ölçülen Performans Verileri
Optimum Performans Verileri
Maksimum Performans Verileri
ESC Akımı 8.08 A 25.3 A
Gaz Yüzdesi %57 %100
Çalışma Gerilimi 14.41 V 13.54 V
Motor Hızı 5539 RPM 8980 RPM
Motor Gücü 116.4 W 355.7 W
Gezinme Süresi 14.7 dk 5.7 dk
Güç – Ağırlık 168.4 W/kg 501.2 W/kg
16 4.8 eCalc Hesaplama Tabloları
Şekil 27: İHA Uçuş Süresi Grafiği
Şekil 28: İHA Motor Performans Grafiği 4.9 Missin Planner Log Dosyaları
Şekil 29: Uçuş Testinin Akım - Zaman, Gerilim - Zaman ve Yükseklik - Zaman Grafikleri
17
Şekil 30: Otonom Uçuş Testinin GPS Verileri 5. Faydalılık
Toplu yaşanan alanlarda güvenliğin sağlanması, bireylerin kendini güvende hissetmesi devletin halkına karşı sorumluluklarındandır. İnsan gücüne destek olan teknoloji bu alanda da çokça rağbet görmektedir. Kişilerin suça karşı gösterdikleri dirençlerin kırılması ve daha fazla oluşabilecek her türlü zararın önüne geçebilmek için en erken zamanda tespit edilip kontrol altına alınması önemlidir.
Flyrose öncelikli olarak güvenlik güçleri personelinin iş gücünü azaltıp zamandan tasarruf sağlamayı hedeflemektedir. Toplu etkinliklerin yapıldığı alanlarda güvenlik güçleri personeli sıkı tedbirler uygulamaktadır. Bunlarla birlikte tüm giriş çıkışlar kapatılarak alan içerisindeki kitlenin güvenlik zafiyeti oluşturması en aza indirilmeye çalışılmaktadır. Teknolojinin 5.0 olduğu dünya da bu noktada geliştirmelere ihtiyaç olduğunu düşünerek Flyrose’ u üretme kararı aldık.
Flyrose projemizin ilk görevinde yer istasyonundaki personel alanın koordinatlarını ve hava aracının rotasını belirleyecek, İHA’mız komutu aldığı anda otonom bir şekilde yükselerek alan içerisindeki insanların yüz tespitini yapacaktır. Geliştireceğimiz algoritmalar ile emniyetin verilerini kullanarak GBT sorgulaması yapacak sonuca göre ekranda uyarı verecektir. Aranan şahıslar bulunduğunda kişinin yüzü kare içerisine alınıp manuel takibine başlanacaktır.
Tamamen bize ait olan yerli android uygulamamız ile alan çevresindeki personellerimizin android telefonlarına gelen görüntü sayesinde herhangi bir yerden, yer istasyonuna bağlı kalmadan alanı takip edebileceklerdir.
Flyrose projemizin ikinci görevi de eylem provokasyon vb. taşkınlıkların olduğu durumlarda olaylara müdahale etmektir. Güvenlik personellerimizin kontrolünde havalanan İHA’mız provokasyon anında üzerinde bulundurduğu biber gazı kapsüllerini olay yerine bırakacaktır.
Böylece şahısların etkisiz hale getirilip olayın yatıştırılmasında etkin bir görev üstlenecektir.
18 6. Yenilik
İHA’mızın genel tasarımı tamamen bize aittir. Şasemizi tasarlarken dayanıklılık ve hafiflik göz önünde bulundurulmuştur. Özellikle İHA ‘ da en çok itki kuvvetine maruz kalan kısım olan Şekil 1’deki motor tutucular PLA ve karbon fiber kullanılarak tamamen özgün bir parça tasarlanmıştır. Şekil 2 ve Şekil 3’teki iniş takımlarının gövde ile birleştirilmesinde alüminyum malzeme kullanılmıştır. Bunun nedeni olası sert inişlerde herhangi bir kırım yaşanmasına engel olunarak sağlam bir yapı elde edilmesidir.
Temel görevlerimizden biri olan biber gazı atma kısmının planlamasını ve işleyişini takım arkadaşlarımızla beraber fikir alışverişi yaparak kararlaştırdık. Bunun sonucunda kafamızda canlandırdığımız Şekil 4’teki biber gazı atma mekanizmasını üreterek özgün bir parça ortaya koyduk.
Gövdesindeki bulundurduğu harici delikler ile ek kompanentlerin montajına izin vermektedir.
Örneğin şuan ki aşamada biber gazı atma mekanizması bağlıyken taşıma haznesi, ateşleme sistemleri vb. faydalı eklerin bağlanmasına izin vermektedir.
7. Yerlilik
Flutter mobil uygulama yazılımı kullanılarak Flyrose mobil uygulaması geliştirilmiştir. Yazılımı ve arayüzü tamamen bize ait olan mobil uygulamamız sayesinde sahada görevli personellere kolaylık sağlanacaktır. Uygulamamız sayesinde yer bilgisayarı haricinde İHA üzerindeki görüntüler eş zamanlı olarak cep telefonundan izlenilebilecektir. Bu sayede yer bilgisayarına bağımlı kalmadan görevli personellerin veri tabanımızdaki aranan kişilere kolayca ulaşarak hızlı bir şekilde müdahalesi sağlanacaktır.
Şekil 31: Flyrose Mobil Uygulama Ekran Görüntüleri
19 8. Sadelik
Flyrose’ un tasarımının her aşamasında karmaşık yapılardan uzak durulmuştur. İHA’mızda belirlediğimiz elektronik donanımlar dikkate alınarak hazır şaselere göre daha sistematik bir şase tasarlanmıştır. Ayrıca bu şekilde hazır şaselerin daha pahalı olmasından dolayı maliyet açısından tasarruf edilmiştir.
İnerken yumuşak bir iniş yapmak için amortisör sistemi yapılması planlanmıştır fakat maliyeti yüksek ve kompleks yapı olması sebebiyle daha sade bir malzeme olan sünger tercih edilmiştir. Çözüm odaklı düşünülerek bisiklet elciklerinde kullanılan sünger tercih edilmiştir. Bu sayede hem istenen performans alınmıştır hem de amortisörün maliyetinden tasarruf edilmiştir.
Kurulan düzenekler en az maliyet, güç tüketimi ve en fazla verimi almak üzere tasarlanmıştır.
Elektronik donanımın montajı yapılırken kabloların dünya standartlarına uygun olmasına önem verilmiştir. Özellikle motorlarda yüksek akım çeken kablolar karbon fiber borudan yaptığımız kolların içerisinden geçirilerek yüksek akım dış etkenlerden daha iyi izole edilmiştir.
9. Hakem Takdiri
Geçen sene katılmayı planladığımız ama pandeminin baş göstermesi ve ileride ne olacağını kestiremediğimizden dolayı ertelediğimiz hayalimize bu sene “pandemi bize engel olamayacak” diyerek 15 Kasım itibari ile inanan bir ekiple yola koyulduk. Kavramsal tasarım raporu kısmını uzaktan yoğun bir çalışma temposuyla tamamladık ve bu aşamayı başarıyla geçtik. Teknofest’in verdiği desteği aldıktan sonra takım halinde Isparta’da toplanarak çalışmalara başladık.
Teknofest ekiplerinden 2 adet su altı aracı, 1 adet elektrikli araç ve 1 adette İHA ekibi ile 3 aydır temas halindeyiz. Birlikte fikirlerimizi tartışıp bilgi ve tecrübelerimizi paylaştığımız düzenli zoom toplantıları gerçekleştirdik. Bu sayede Teknofest’in kardeşlik çatısı altında birleştiren bir festival olduğunu hissettik.
Takımımızdan 6 arkadaşımız Isparta gençlik merkezi gönüllü genç üyesidir. Bu sayede tecrübelerimizi gençlik merkezindeki genç arkadaşlarımıza, mahalle ve köy okullarındaki öğrencilerimize bir tutku aşılamak için sunum yaparak onlarında bu kutlu yolculuğa katılmasını sağlayacağını düşünerek böyle bir girişime başladık.
Bu süreçte KYK yurdunda kaldık. Burada takım arkadaşımız Raşit Gebelek Covid geçirdi ve kendiyle birlikte 14 gün bizler de karantina da kaldık. Takım arkadaşımız Fatih Uygar Test uçuşunda İHA’nın zarar görmemesi için müdahale etti ve parmaklarındaki yaralanma sonucu dikiş atıldı. Abdulkadir Ertürk arkadaşımız atölyeden dönerken yağmurlu havada kayarak kafasını yere vurdu ve 1 gün müşahede altında kaldı. Tüm bu olumsuz durumlara karşı disiplinimizi ve umudumuzu kaybetmeden projemizi tamamladık.
20 10. Kaynakça
[1] Erişim:22.07.2021, https://ardupilot.org/
[2] Erişim:18.06.2021, https://diydrones.com/forum/topics/
[3] Erişim:25.07.2021, https://www.ecalc.ch/xcoptercalc.php [4] Erişim:01.06.2021, https://en.wikipedia.org/wiki/Multirotor
[5] Erişim:21.06.2021, https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12234
[6] Yeşi̇lay, R., Macı̇t, A., “Dünyada ve Türkiye’de Drone Ekonomisi: Geleceğe Yönelik Beklentiler”, Beykoz Akademi Dergisi, 8 (1) , 239-251 , (2020).
[7] M. Mazur, A. Wiśniewski, J. McMillan “Drone teknolojisinin ticari uygulamaları,” Polonya, 2016.
[8] H. Eryıldız, “Quadcopter (Drone) Tasarımı,” Karabük Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mekatronik Mühendisliği Bölümü Bitirme Tezi, Karabük, Türkiye, 2016.
[9] O. Demirtaş, “Dikey İniş Kalkış Yapabilen Üç Rotorlu Hava Aracı,” Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi Mekatronik Mühendisliği Bölümü Bitirme Tezi, Niğde, Türkiye, 2018.
[10] Tuğrul OKTAY [1] Yüksel ERASLAN [2] ,2021, Numerical Investigation of Effects of Airspeed and Rotational Speed on Quadrotor UAV Propeller Thrust Coefficient, Journal of Aviation, Cilt 5, Sayı 1, Sayfalar 9-15.
[11] Ayşe ELDEM1* , Hüseyin ELDEM2 , 2017, Abdurrahman PALALI, 2Görüntü İşleme Teknikleriyle Yüz Algılama Sistemi Geliştirme, BEÜ Fen Bilimleri Dergisi, Cilt 6, Sayı 2, Sayfalar 44-48.
[12]: Demirci M. Y., Yabanova İ., “Model tabanlı tasarım metotları kullanılarak gerçek zamanlı bir görüntü işleme sisteminin tasarımı ve gerçeklemesi”, Politeknik Dergisi, 22(4):
827-838, (2019).
