TEKNOFEST İSTANBUL HAVACILIK, UZAY VE TEKNOLOJİ FESTİVALİ İNSANSIZ SU ALTI SİSTEMLERİ YARIŞMASI KRİTİK TASARIM RAPORU

22

TEKNOFEST İSTANBUL

HAVACILIK, UZAY VE TEKNOLOJİ FESTİVALİ İNSANSIZ SU ALTI SİSTEMLERİ YARIŞMASI

KRİTİK TASARIM RAPORU

TAKIM ADI: JAWS

TAKIM ÜYELERİ:

Anıl DALBEYLER

Doğacan ATALAN

Göksel ORAKÇI

Mevlüt Burak AKTAN

Mustafa AKTEMUR

Doğukan ELMAS

• DANIŞMAN ADI:

1

İÇİNDEKİLER

1.RAPOR ÖZETİ ... 2

2.TAKIM ŞEMASI ... 4

2.1. Takım Üyeleri ... 4

2.2. Organizasyon Şeması ve Görev Dağılımı ... 5

3. PROJE MEVCUT DURUM DEĞERLENDİRMESİ ... 6

4. ARAÇ TASARIMI ... 8

4.1. Sistem Ön Tasarımı ... 8

4.2. Aracın Mekanik Tasarımı ... 9

4.2.1. Mekanik Tasarım Süreci ... 9

4.2.2. Malzemeler ... 19

4.2.3. Üretim Yöntemleri ... 23

4.2.4. Fiziksel Özellikler ... 24

4.3. Elektronik Tasarım, Algoritma ve Yazılım Tasarımı ... 25

4.3.1. Elektronik Tasarım Süreci ... 25

4.3.2. Algoritma Tasarım Süreci ... 27

4.3.3. Yazılım Tasarım Süreci ... 32

4.4. Dış Arayüz ... 33

5.GÜVENLİK ... 33

6. ZAMAN, BÜTÇE VE RİSK PLANLAMASI ... 33

6.1. ZAMAN PLANLAMASI ... 33

6.2. RİSK PLANLAMASI ... 34

6.3. BÜTÇE PLANLAMASI ... 35

7.TECRÜBE ... 36

8.ÖZGÜNLÜK ... 36

8. REFERANSLAR ... 37

2 1.RAPOR ÖZETİ

Sualtı arama-kurtarma, sualtı keşif-gözlem ve askeri amaçlı olarak insansız sualtı araçları Dünya’da bir süredir araştırılmaktadır. Ülkemizde de bu konuya ilgi son yıllarda artmıştır. 2018 yılı itibariyle insansız sualtı araçları yarışmaları ülkemizde yapılmaya başlanmıştır. Manisa Celal Bayar Üniversitesi Mekatronik Mühendisliği 2. Sınıf öğrencileri olarak insansız sualtı araçları konusunda araştırmalar yapmak ve çalışmalar yürütmek adına bu ekip kurulmuştur.

Araç, tasarım olarak sualtı canlılarından esinlenilerek, özgün ve perspektif bakış açısıyla tasarlanmıştır. Türk Deniz Kuvvetleri Donanması’nın tarihinde önemli başarılara imza atmış değerli denizcimizi anmak adına insansız sualtı aracımıza Barbaros Hayreddin Paşa’nın adı verilmiştir. Ayrıca TSK’nın denizaltılarına verilen “S”(submarine) ön eki de aracımızın sınıfını belirtmek için kullanılmıştır.

Projemizde yüksek kaliteli üretim yöntemleri kullanılarak maksimum verim hedeflenmiştir. Gövde imalatında modern ve hafif kompozitlerden olan karbonfiber kullanılmıştır. Tasarımda üretimi ve bütçeyi hesaba katıp düzenlemeler yapılarak üretimin her aşaması detaylı olarak planlanmıştır. Projenin ilerleyen aşamalarında farklı sürüm güncellemeleri de düşünülerek geliştirilmeye açık bir tasarım platformu oluşturulmuştur.

Üretim basamakları şu şekilde sıralanabilir:

 Literatür taraması yapılmıştır.

 Özgünlük çerçevesinde tasarım taslakları oluşturulmuştur.

 Mekanik tasarım oluşturulmuştur.

 Malzeme seçimleri yapılmıştır.

 Elektronik sistem şablonu tasarlanmıştır

 Yazılım algoritmaları geliştirilmiştir.

 Mekanik tasarımın analizleri(statik ve akış simülasyonları) yapılmıştır.

 İlk deneme tasarımı üretilmiştir.

 Analizlerden alınan veriler doğrultusunda tasarımsal iyileştirilmeler yapılmıştır.

 Test sonuçlarına göre karbonfiber tasarım imal edilecektir.

 Elektronik sistem detaylandırılarak tasarlanmıştır.

 Kontrolörler geliştirilen algoritmalara göre programlanmıştır.

 Otonom faaliyetlere uyum sağlanmıştır.

3

Aracın Üst Görünüm Teknik Resmi

Aracın Ön ve Arka Perspektif Görünüşü

4 2.TAKIM ŞEMASI

2.1. Takım Üyeleri

Anıl DALBEYLER Manisa Celal Bayar Üniversitesi Mekatronik Mühendisliği 2.Sınıf

Göksel ORAKÇI

Manisa Celal Bayar Üniversitesi Mekatronik Mühendisliği 2.Sınıf

Doğacan ATALAN Manisa Celal Bayar Üniversitesi Mekatronik Mühendisliği 2.Sınıf

Mustafa AKTEMUR Manisa Celal Bayar Üniversitesi Mekatronik Mühendisliği 2.Sınıf

Mevlüt Burak AKTAN Manisa Celal Bayar Üniversitesi Mekatronik Mühendisliği 2.Sınıf

Doğukan ELMAS

Manisa Celal Bayar Üniversitesi Mekatronik Mühendisliği 2.Sınıf

Dr. Öğr. Üyesi Mevlüt KARAÇOR Manisa Celal Bayar Üniversitesi Mekatronik Mühendisliği Bölümü Kontrol Sistemleri Anabilim Dalı Başkanı

(Danışman)

Dr. Öğr. Üyesi İbrahim Fadıl SOYKÖK Manisa Celal Bayar Üniversitesi Mekatronik Mühendisliği Bölümü Mekanik Sistemler Anabilim Dalı Başkanı

(Danışman)

5 2.2. Organizasyon Şeması ve Görev Dağılımı

Danışman: Dr. Öğr. Üyesi Mevlüt KARAÇOR ---

Danışman: Dr. Öğr. Üyesi İbrahim Fadıl SOYKÖK

Mekanik Tasarım ve Üretim Ekibi:

Anıl DALBEYLER Mustafa AKTEMUR

Doğukan ELMAS

Elektronik Tasarım Ekibi:

M. Burak AKTAN

Yazılım Tasarım Ekibi:

Doğacan Atalan

İletişim Ekibi:

Göksel ORAKÇI Takım Lideri:

Anıl DALBEYLER

6

3.PROJE MEVCUT DURUM DEĞERLENDİRMESİ

Kanat tasarımında değişikliğe gidildi. Yapılan değişiklikler sonucunda gerekli olan malzeme miktarı arttı. Her bir kanada birer adet motor eklendi. Elektronik tasarımda anakarta çok fazla yük binmemesi için ekstra kartlar eklendi ayrıca görüntü işleme yapılabilmesi için Raspberry Pi kartı eklendi.(Pi3 A+) Algoritma tasarımında değişikliğe gidildi.

Elektrik aksamında artan donanım ihtiyacından dolayı ayrılan bütçede artış oldu. Mekanik kısımda ise kanatlara birer adet motor eklendiğinden dolayı ayrılan bütçede artış oldu. Tablo 1 ve Tablo 2 de görüldüğü üzere malzeme listesinde çeşitli değişiklikler yapılmıştır.

(Tablo 1) Güncel Malzeme Listesi (Tablo 2) İlk Malzeme Listesi

Ürün Adet/ Birim Fiyat(TL)

1 Raspberry Pi A+ 1 Adet 200

2 Arduino Nano (Klon) 9 Adet 162

3 JSN-SR04T Ultrasonik Sensör 3 Adet 180

4 Kamera Modülü 1 Adet 217

5 MMS5803-01BA MS5803 Derinlik Sensörü 1 Adet 95

6 HMC5883L Pusula Sensörü 1 Adet 27

7 MPU6050 6 Eksen İvme ve Gyro Sensörü 1 Adet 10

8 12V IP68 LED 1 Adet 43

9 E-Bike Direnç-Voltaj Düşürücü [72V-48V Uyumlu] 1 Adet 35 10 2.5-7.5V Düşürücü Ayarlanabilir Voltaj Regülatörü 2 Adet 51 11 Emax MT3110 700KV Fırçasız Motor 2 Adet 468 12 Emax XA2212 980KV Multirotor Frçasız Motor 2 Adet 196

13 51010210 BRUSHLESS OUTER MOTOR 2 Adet 904

14 İnfüzyon Konnektörü 7 Adet 210

15 İnfüzyon Hortum Vanası 5 Adet 80

16 Sızdırmazlık Macunu 15m 1 Adet 30

17 İnfüzyon Yapıştırıcı Spreyi 500 mL 1 Adet 90

18 PVA Kalıp Ayırıcı Sıvı 1 Adet 20

19 Epoksi 3 Kg 256

20 Plain Örgülü Karbonfiber Kumaş 5 m² 800

21 Peelply 3 m² 100

22 İnfüzyon Filesi 3 m² 100

23 Vakum Naylonu 3 m² 100

24 İnfüzyon Kanalı 43mm 3 m 100

25 İnfüzyon Spirali 5 m 25

26 Skywalker 30A ESC 4 Adet 348

27 Skywalker 20A ESC 2 Adet 135

28 Vakum Hortumu 2 m 25

Toplam 5007

SW2210B fırçasız sualtı motoru x2 410

DS-01 sualtı motoru x2 972

JX SERVO DC5821LV servo motor x2 207

Arduino Nano x2 300

JSN-SR04T Ultrasonik Mesafe Sensörü 36

MPU 6050 İvme ve Gyro Sensörü 13

CJMCU MS5837-3BA Su Basınç Sensörü 164

12V IP68 LED 43

Minimum 4 m² karbonfiber kumaş 400

Vakum bag 200

Peel Ply 80

Epoxy 85

Sertleştirici 65

Vakum hortumu 90

Sızdırmazlık macunu 70

16*75 mm pnömatik kalem piston 70

8 bar şartlandırıcı 150

Poliüretan hortum 50

5/2 pnömatik valf 60

Toplam 3465

7

Ön Tasarımdaki S-Barbaros a ait olan render

S-Barbaros adlı aracına nihai tasarımına ait Render

8 4. ARAÇ TASARIMI

4.1. Sistem Ön Tasarımı

Karakalem çizimin oluşturulmuş ilk

mekanik montajıdır.Fakat yapılan analizler sonucunda bu

taslak için geliştirme kararı

alındı.

Dikey eksen motor tahriği ağırlık merkezi

hesaplanarak oluşturuldu.Gövde

nin içi boşaltıldı.Kap şeklinde iki parça

elde edildi.Bu parçalar flanşlı

bağlantı ile birleştirildi.Kanat hareketleri mil ile sağlandı.Kanat tasarımı su içinde

kolay yön değiştirebilmek

için yeniden düzenlendi.

Aracın dikey eksendeki hareketi

dengeli biçimde yapabilmesi için taslak iki motor tarafında tahrik

edilir hale getirildi.Son

şeklini aldı.

Son tasarımda dengeyi daha sağlıklı hale getirebilmek için aracın kanatlarına yüzdürücü motor eklendi.Böylelikle

sağ ve sol manevralar stabil

hale getirildi.

9 4.2. Aracın Mekanik Tasarımı

4.2.1. Mekanik Tasarım Süreci

Mekanik tasarım sürecinde dikkat ettiğimiz ilk husus aracın kolay ve rahat bir biçimde suyun altında hareket edebilmesidir. Bunun için en iyi örnek olan doğadaki canlılardan esinlenilebilir.

Şekil1.1 Aracın eğimleri yapılırken vatozların gövdelerinden ilham alınmıştır. (1)

Sualtı aracı için gerekli özelliklere sahip deniz canlıları araştırıldığında manevra kabiliyeti iyi olan ve sualtında hızlı gidebilen canlılardan köpekbalıkları, vatozlar, pamuk balığı gibi su altı canlıları örnek alınabilir. (2) Mekanik tasarım sürecinde dış gövde tasarımı, bu canlıların vücut yapılarına benzetilerek tasarlanmıştır.

Şekil 1.2 Aracın ön kısmını çekiç köpekbalığının burun kısmındaki aerodinamik yapıyı örnek alarak tasarlandı.

10

Köpekbalığının burun yapısı suyun direncini azaltacak şekildedir. (3) Bu göz önünde bulundurularak, aracın burun kısmının tasarımında da suyu alt ve üst bölümlere daha hızlı aktaracak bir yapı tasarlanmıştır. (Şekil 1.2) Böylelikle suyun akışını engelleyecek ve aracın hızına doğrudan etki edecek bir kuvvet oluşmaz. Bu durum Şekil 1.3 de görülebileceği gibi ANSYS programında akış analizi yapılarak desteklenmiştir.

Grafikten de anlaşılabileceği gibi durağan suda ileri hareket eden aracın burun kısmında su alt ve üst kısımlara yönlendirilerek hareket kolaylaştırılmıştır.

Şekil1.3 ANSYS akış analizinde elde edilen hız vektörleri grafiği

Kanat sistemi kullanılması sağ-sol manevra hareketinin daha kararlı yapılmasına yardımcı olacaktır. Bu durum Caretta Caretta’nın (deniz kaplumbağası) uzuvlarının hareketine benzemektedir (şekil 1.4) . Bu nedenle tasarımda kanat sistemine yer verilmiştir.

Şekil 1.4 Aracın kanat tasarımı Caretta Carette kaplumbağalarının yüzgeçlerinden esinlenilmiştir. (4)

11

Şekil 1.5 Araç Modelinin Üstten Görünümü

Aracın y eksenindeki hareketini şekil 1.5 te görülen su gediklerine yerleştirilen 4 adet motor gerçekleştirecektir. Dört motorlu tahrik dengeli hareket edebilmek için tercih edildi.

İnsansız sualtı aracı S-BARBAROS ‘un gövdesinin ana malzemesi karbon fiber kumaşla üretilmiş kompozit plakadır. Karbon fiber kumaş %95 oranında karbon atomlarından oluşan ve modern teknoloji ürünü ipliksi dokuya sahip çok dayanıklı bir maddedir. Ana bileşenleri: Karbonlaşmış akrilik elyaftır (Orlon), katran ve naylondur.

Karbon fiberin yapısı, çelikten 4,5 kat daha hafif olmasına rağmen çelikten 3 kat daha dayanıklıdır.

Kompozit gövdenin üretimi için gerekli olan tahta kalıp şekil 1.6 da görülen CNC tezgâhında üretilmiştir. Tüm araç için toplamda yedi adet kalıp oluşturulmuştur. Kalıplar vakum infüzyon yöntemi ile karbon fiber kumaşa şekil verilmesini sağlayacaktır.

12

Şekil 1.6 Kalıpların CNC Tezgahında İşlenmesi

Şekil 1.7 Aracın Basınç Testinden Görüntüsü

Solidworks programında Şekil 1.7’ de görülen üç boyutlu olarak modellenen tasarıma statik analiz yapılmıştır.

Bu analiz sonucunda su altında araca etki eden yüklere göre aracın mekanik olarak zayıf noktaları belirlenmiştir. Aracın dış iskeletindeki zayıf yerleri güçlendirmek amacıyla iç iskelet oluşturmaya karar verilmiştir. Aracın kapalı bir tasarıma sahip olması sayesinde sualtı araştırmaları sırasında zarar görmeyerek uzun ömürlü olması istenmektedir.

Aracın Solidworks programında modellenmesi sayesinde gerekli malzeme miktarları ve çeşitleri belirlenebilmiştir.

13 Mekanik tasarım sürecinde:

 Solidworks programında kalıp çizimleri yapılmıştır.(Şekil 1.8’ de belirtilmiştir.)

Şekil 1.8 Aracın kalıplarının Solidworks tasarımlarına ait görseller

 MDF parçaları birleştirilerek kalıp malzemeleri yapılmıştır.(Şekil 1.9’ da belirtilmiştir.)

Şekil 1.9 CNC Tezgahında Kalıp Olacak MDF Parçalar

14

 CNC tezgâhında işlenmek üzere Auton Esprit Mold programı kullanılarak G-kodları çıkartılmıştır.(Şekil 1.10’ da belirtilmiştir.)

Şekil 1.10 Auton Esprit Mold programında G –Kodların hazırlanmasına ve CNC tezgahındaki G- Kodlarına ait görseller

 CNC tezgâhında işlenilerek kalıplar oluşturulmuştur.(Şekil 1.11’ de belirtilmiştir.)

Şekil 1.11

15

 Pürüzlü yüzeyleri gidermek amacıyla zımpara işlemi yapılmıştır.(Şekil 1.12’ de belirtilmiştir.)

Şekil 1.12Kalıplara Zımpara Yapıldı.

 Kalıpların kenarlarına vakum infüzyon yöntemi uygulanırken vakum naylonunu delmemesi için Radius verilmiştir.(Şekil 1.13’de belirtilmiştir.)

Şekil1.13 Kalıp Kenarlarına Radius atıldı.

16

 Üretilen parçanın yüzeyinin pürüzsüz şekilde çıkarılabilmesi için boya ve cila işleminden geçirilmiştir.(Şekil 1.14’ de belirtilmiştir.)

Şekil 1.14 Pürüzsüz yüzeyler için boyandı.

 Kalıplar denenmek amacıyla polyester kullanılarak prototip yapılmıştır.(Şekil 1.15’ de belirtilmiştir.)

Şekil 1.15 Prototipin birleştirilme aşaması

17

Şekil 1.15 Nihai Gövde oluşturmadan önce poliesterle yapılan prototip

Şekil 1.16 Prototibin Kalıplardan Çıkartıldığı Görseller

18

Şekil 1.17 Prototipin traşlanması ve gravür makinesi ile deliklerin açılması

 Kalıplar tekrar karbonfiber ile vakum infüzyon yöntemiyle kullanılmak üzere yenilenmiştir.

Şekil 1.18 Kalıpların yenilenme aşaması

Final tasarımına neden geçildi?

İlk tasarımda; bir adet yüzdürücü iki adet itici motor kullanılması düşünüldü, kanat yapısı sivri tasarımdan vazgeçilip Caretta Carette’ lardan esinlenilerek eğimli ve estetik şekilde tekrar tasarlandı.

Aracın; dalış hareketini daha rahat sağlayabilmek için gövdesindeki yüzdürücü motorların sayısı bir motordan iki motora çıkartıldı, ağırlık merkezine uygun şekilde konumlandırıldı, manevra kabiliyetini arttırmak amacıyla kanatlara servo motor eklenerek, kanatların aşağı-yukarı yönde hareketi sağlandı.

Nihai tasarımda; aracın iki yüzdürücü motorla denge sağlaması zor olacağı düşünülüp her bir kanada uygun eksende birer adet yüzdürücü motor eklendi. Böylelikle sağ-sol manevralarda

19

daha rahat ve hızlı hareket sağlanmış oldu. Gripper kol tasarlandı, tasarım 3D printer ile basılıp uygun şekilde yerleştirilecektir.

4.2.2. Malzemeler

4.2.2.1. Gövde İmalat Malzemeleri

Gövde imalatı için gerekli olabilecek malzemelerin aşağıdaki gibi olması beklenmektedir.

 Plain örgülü minimum 5 m² karbonfiber kumaş

 Vakum bag

 Peel Ply

 Reçine

 Epoxy

 Sertleştirici

 Vakum hortumu

 Sızdırmazlık macunu

 Kalıp ayırıcı Vaks

 İnfüzyon konnektörü

 İnfüzyon hortum kelepçesi

 İnfüzyon yapıştırıcı spreyi

 İnfüzyon kanalı

 İnfüzyon spirali 4.2.2.2. Tutucu Kol:

 16*75 mm pnömatik kalem piston

 0-8 bar şartlandırıcı ünitesi

 Basınçlı hava hortumu hafif hizmet

 5/2 pnömatik valf

 Kompresör

4.2.2.3. İtiş Motorları:

 İki adet Emax Xa2212 980 KV Multirotor Fırçasız Motor

20 Özellikleri:

 Ağırlık: 49g

 Çap: 27,9mm

 Uzunluk: 43.16.5mm

 Voltaj: 7.2-13

 Akım: 30sn. İçin 15A

 Devir / V: 980

 Max Thurst: 880g

 Montaj: 16 mm ve 19 mm açıklıkta 3 mm’lik vidalar için 4 delik bulunmaktadır.

4.2.2.4. Yüzdürücü Motorlar:

 İki adet 51010210 OMA-2815-1100 Fırçasız Elektrikli Motor Özellikleri:

 Ağırlık: 66g

 Çap:28mm

 Uzunluk: 32.5mm

 Mil: 3 mm

 Voltaj: 11.1

 Akım: 18A

 Max Akım: 25A

 Devir / V: 1100

 İki adet Emax MT3110 700KV Fırçasız Motor Özellikleri:

 Ağırlık: 78g

 Çap:37.8mm

 Uzunluk: 32.1mm

 Mil: 4 mm

 Voltaj: 11.1

 Akım: 18A

 Max Akım: 25A

 Devir / V: 700

21 Fırçasız motor kullanılmasının nedenleri:

1. Yapısında fırça bulundurmadığı için, karbon tozu oluşturmayışı (kirlilik oluşturmaz),

2. Herhangi bir mekanik kontak içermediğinden sürtünme oluşturmayıp ve daha verimli çalışması,

3. Fırçalı motorlara nazaran daha uzun ömürlü oluşu, 4. Hız kontrolü olanağı sunuyor olması,

5. Ağırlık ve hacimce küçük oluşu, 6. Ürettikleri momentin yüksek oluşu,

7. Çalıştırılması için uyarma akımına gerek olmayışı, 8. Isınması problem oluşturmayışı (kolay soğuması) , 9. Sessiz çalışması,

10. Güvenilir çalışma ortamı sağlaması olarak sıralanabilir.

4.2.2.5. Servo Motorlar:

 İki adet Power HD Ultra Yüksek Güçlü Dijital Servo Motor LF-20MG 180 Derece

Özellikleri:

 Model: LF-20MG

 Tork(4.8V): 16.5 kg-cm (229.1 oz/in)

 Tork(6.6V): 20.0 kg-cm (277.7 oz/in)

 Hız: 0.18 sec (4.8V) │ 0.16 sec (6.6V)

 Çalışma Voltajı：4.8 ~ 6.6 DC Volts

 Ağırlık: 60 g (2.12 oz)

 Rulman：Ball Bearing x 2

 Motor Tipi：DC Motor

 Gear Type：Copper & Aluminum

 Çalışma Sıcaklığı：-20℃~60℃

 Çalışma Frekensı：1520μs / 333hz

 Size：40.7 x 20.5 x 39.5 mm ( 1.60 x 0.80 x 1.55 inch)

22 4.2.2.6. Montaj Malzemeleri:

 DIN 16 9 Serisi Cıvata

 Isıyla Daralan Makaron

 Özel Seri D 10 mm Rulman

 Sıvı Yalıtım Yağı

 Kimyasal Aktüatörlü Yapıştırıcı

 Oring

 İzolasyon Spreyi

4.2.2.6 Elektronik Malzemeler

 Raspberry Pi kamera modülü

 Arduino Nano

 Raspberry Pi 3 A+

 JSN-SR04T Ultrasonik Mesafe Sensörü

 MPU 6050 İvme ve Gyro Sensörü

 CJMCU MS5837-3BA Su Basınç Sensörü

 HMC5883L Pusula sensörü

 12V IP68 LED

 48V-12V, 48V-5V, 48V-7V Converter

 MS-5803-05BA Derinlik Sensörü

 Skywalker 20A ESC

 Skywalker 30A ESC

23 4.2.3. Üretim Yöntemleri

4.2.3.1. Vakum İnfüzyon Yöntemi Kompozit Yapı Nedir?

Kompozit malzemeler farklı yapılardaki reçine (matrix) ve takviye (reinforcement) bileşenlerinden oluşurlar. Kompozitler temel olarak kalıp görevi gören reçine içine gömülmüş sürekli veya kırpılmış elyaflardan oluşmaktadır. Bu bileşenler birbirleri içinde çözülmezler veya karışmazlar. Kompozit malzemelerde elyaf sertlik, sağlamlık gibi yapısal özellikleri, plastik reçine malzemesi ise elyafın yapısal bütünlüğü oluşturması için birbirine bağlanması, yükün elyaf arasında dağılmasını ve elyafın kimyasal etkilerden ve atmosfer şartlarından korunmasını sağlar. Termoset esaslı matris çeşitleri polyester, epoksi, vinilester, bismaleimid, fenolik, silikon, cynate ester, poliimid ve poliüretan, elyaf çeşitleri ise cam, karbon, aramid, bor, oksit, yüksek yoğunluklu polietilen, poliamid, polyester ve doğal organik elyaflardır. En çok kullanılan kompozit malzeme bileşenleri; cam elyaf + polyester,” karbon elyaf + epoksi” ve “aramid elyaf + epoksi” birleşimleridir.

Kompozit malzemelerin geleneksel malzemelere kıyasla üstün özellikleri, hafif olmaları, korozyon dirençleri, yüksek yorulma ömürleri, düşük bakım ve onarım masrafları, kolay ve esnek tek parça üretilebilmeleri, estetik görünümleri, göreceli olarak kolay üretimi ve ürün biçiminin belirlenmesi açısından sağladıkları geniş olanaklar endüstriyel ürünlerde kullanılmalarını arttırmaktadır. Ana yapı içerisinde kompozit kullanımının diğer bir avantajı ise anizotropik özelliği sayesinde katmanların dayanım özelliklerinin ayarlanabilmesidir. (5)

Neden İnfüzyon Yöntemi?

Vakum infüzyon tekniği, kompozit yapıdaki matrisi oluşturan reçineyi, vakum basıncıyla kalıp içindeki lamine yapının içine aktaran sisteme verilen isimdir.

Üretilen ürün boşluk içermez. Reçine, her türlü boşluğu vakum yardımıyla doldurur. Üretilecek parçanın boyutu ile ilgili herhangi bir sınırlama yoktur; infüzyon işlemi ikinci bir bağlama olmadan gerçekleşebilir.

24 4.2.3.2. İşlem Süreci

o Kalıp yüzeyinde çizik, toz ya da yağ türü yabancı maddeler bulunmamalı ve kalıp daha önce kullanılmışsa üzerindeki kalıp ayırıcı kalıntılarından da arındırılmalıdır.

o Temizlenen kalıp yüzeyine kalıp ayırıcı uygulanır.

o Çalışma ortamına uygun seçilmiş jel kot fırça veya püskürtme ile yüzeye uygulanır.

o Üst üste takviye malzemeleri ( karbon elyaf) konulur, aralarına kaymamaları için yapıştırıcı püskürtülür. Takviye malzemelerin kenarları kalıba uygun olarak kesilir.

o Yüzey pürüzlülüğünü sağlayan katman (Peel Ply) tüm kalıp üzerine serilir ve yapıştırıcı ile takviye malzemelerinin üzerine yapıştırılır.

o Kalıbın çevresine göre reçine hatları ve vakum hatları ayarlanır, infüzyon macunu kalıbın etrafını çevreleyecek şekilde yapıştırılır ve vakum tankları hatlara bağlanır.

o Kumaşın üzerine delikli bir tabaka yerleştirilir.

o Vakum torbası kalıp üzerine yeterli derecede baskı yapabilmesi için kalıba göre kesilir, bulaşması gerçekleşmez, reçinenin ve tepkime sonucunda ürün yüzeyinde oluşan gazların da etrafa yayılması engellenir.

o Tek taraflı bir kalıba ihtiyaç vardır.

o Kalıbın yüksek mukavemetli bir malzemeden yapılmasına gerek yoktur.

o Kalıp ve üretim maliyeti RTM’ye oranla daha düşüktür.

o Büyük parçalar bu yöntem ile üretilebilir (6).

4.2.4. Fiziksel Özellikler

Boyutları:

Boy :564mm

Yükseklik :107mm

En :(Kanatlar Açık iken)700mm Hacim = 9431929.48 mm³

Yüzey alanı = 1430038.31 mm²

Solidworks programında hesaplanan değerlerdir.

Ağırlık: Yaklaşık 9765.11 gram

25

4.3. Elektronik Tasarım, Algoritma ve Yazılım Tasarımı 4.3.1. Elektronik Tasarım Süreci

Yapılan değerlendirmeler sonucunda şekil 1.6.1’ deki ön tasarım sürecinde kullanılan devrenin geliştirilmesi kararı alınmıştır, şekil 1.6.2’ de görüldüğü gibi değiştirilmiştir. Aracın otonom olarak çalışabilmesi için devre elemanlarında değişime gidilmiştir. 48V’luk gerilimin devre elemanlarına göre voltaj dönüşümünü sağlamak için Converter kullanılmıştır. Görüntü işleme ve otonom çalışma için RASPBERRY Pi A+ kartı kullanılmıştır.

Kullanılan motor ve sensör sayısı bir adet devre kartını zorlayacağı için birden fazla ARDUINO NANO kartı Master/ Slave iletişim protokolü ile kullanılmıştır. Master/ Slave protokolü bir cihazın veya işlemin bir veya daha fazla başka cihaz üzerinde tek yönlü kontrolü olduğu bir iletişim modelidir. Bu yöntem aracın elektronik aksamında elektronik hız kontrol cihazlarının verimini artırmak için kullanılmıştır.

Aracın otonom çalışma durumu için Raspberry Pi kartı kamera modülünden aldığı verileri Master NANO’ dan aldığı sensör verileri ile karşılaştırıp motor sürüşü için

derlemektedir. Aracın manuel kontrolü için Rasberry Pi kartı kamera modülünden aldığı verileri Master NANO’ dan aldığı sensör verileri ile karşılaştırıp bilgisayar ile veri alışverişi yapmaktadır. Master NANO, Raspberry Pi kartından alınan verileri Slave NANOlara aktaracak bir kapı görevi görmektedir. Sensörlerden gelen veriler Master NANO aracılığı ile Raspberry Pi kartına yollanıp çift yönlü veri akışı sağlanmıştır. Manuel kontrol için RS-232 protokolü kullanılarak bilgisayar ve Raspberry Pi kartı ile iletişim sağlanmıştır.

Mekanik tasarımdaki değişimler sonucunda eklenen iki adet motorun ESC bağlantıları ve eklenen ESC’lerin kontrolünü yapan Slave NANOların bağlantıları elektronik tasarıma eklenmiştir.

26

Şekil 1.6.1 Ön Tasarım Elektronik Devre Şeması

27

Şekil 1.6.2 Nihai Tasarım Elektronik Devre Şeması

4.3.2. Algoritma Tasarım Süreci

Değişen elektronik aksam nedeniyle ön tasarım sürecinde kullanılan bir NANO karttan dokuz NANO kart ve bir Raspberry Pi kartına geçiş yapıldı. Bu sebeple birden fazla program algoritması oluşturuldu. Şekil 1.6.3 ve şekil 1.6.4’ de görülen program algoritması kaldırılıp, yerine şekil 1.6.5, 1.6.6, 1.6.7’ deki nihai algoritma tasarımları oluşturuldu.

28

Şekil 1.6.3 Algoritma Ön Tasarımı(1)

29

Şekil 1.6.4 Algoritma Ön Tasarımı(2)

30

Şekil 1.6.5 Algoritma Nihai Tasarımı(1)

31

Şekil 1.6.6 Algoritma Nihai Tasarımı(2)

32

Şekil 1.6.7 Algoritma Nihai Tasarımı(3) 4.3.3. Yazılım Tasarım Süreci

Arduino derleyicisi (Arduino IDE) ile Arduino NANOların programlaması yapılmıştır. Araçta Raspberry Pi kartı kullanılmaktadır, Raspberry Pi kartı Python ve C#

yazılım dili ile programlanabilir.

Python yazılım dili kullanılmasının ana sebebi dış arayüzde PyQt5 kütüphanesi kullanılmaktadır. Python yazılım dili; basit ve güçlü bir görüntü işleme yazılım dilidir, birçok işletim sisteminde kolayca çalışabilmektedir, profesyonel ve geniş bir kütüphanesi bulunmaktadır. Bu sebeple Raspberry Pi kartında Python dili kullanılmıştır.

33 4.4. Dış Arayüz

Aracın kullanılan dış arayüzü olan Qt Kütüphanesi çapraz platform desteği olan geliştirme araç takımıdır. PyQt; çerçevesinde Python sürüm 2 ve sürüm 3 için üretilen bir arayüz olup Windows, OS X, Linux, iOS ve Android platformları üzerinde çalışabilmektedir, Python modülü olarak uygulanır ve 1000'den fazla sınıf içerir.

PyQt; Qt, C ++ yazılım dilleri tarafından yorumlanan Python dilini bir araya getirebilmektedir, zengin bir arayüz araç donanımına sahiptir.

5.GÜVENLİK

Robot kapalı devre olduğundan, ekstra bir korumaya ihtiyaç duymayacaktır. Fakat olası kazaları önlemek adına devreye aşırı akım ve kaçak akım röleleri dâhil edilecektir. Acil stop butonu sayesinde devrenin enerjisi gerilim düzenleyiciden tamamen kesilebilecektir. Kablolar makaron ve sızdırmazlık ekipmanları ile yalıtılacak olup olası kaçakların önüne geçilmiş olunacaktır. Uygun mesafede kablo kullanılarak hem koruma hem de hareket kolaylığı sağlanacaktır. Mekanik hareket esnasında

pervaneler suyolu ile muhafaza edileceğinden bu bölgedeki kazalar da önlenmiş olacaktır. Araç özel tasarımı sayesinde yuvarlatılmış kenarlara sahiptir. Araçta hidrolik sistem kullanılmamaktadır.İnsan gücüne gereksinim olmadığından insan sağlığı için tehlike oluşturacak ortamlardan kaçınılmıştır.

Motorlar çalışması esnasında su içerisinde herhangi bir gürültü veya atık madde çevreye verilmemiştir.

6. ZAMAN, BÜTÇE VE RİSK PLANLAMASI 6.1. ZAMAN PLANLAMASI

Yapılan Çalışmalar Şubat Mart Nisan Mayıs Haziran Temmuz Ağustos Malzeme Tedariğinin Dekanlıktan Talebi

Sensör Devreleri Kurulumu ve Simülasyon Çalışmasının Yapılması Aracın Mekanik Donanımı İçin Çizimlerin Yapılması

Sızdırmazlık testinin Yapılması Temin edilen parcaların Montajı

Sinyal Üreterek Motorun Çalıştırılması ve Verilerin Elde Edilmesi Aracın Donanımın Tamamlanması

Algoritmanın Tasarlanması Yazılımların Tasarlanması

Aracın Sualtında Çalıştırılması ve Test edilmesi

34 6.2. RİSK PLANLAMASI

RİSK ÇÖZÜM

Motorun Arızalanması 1) Yedek motor kullanılacaktır.

2) Yedek motorların kullanılamaz hale gelmesi durumunda Fakültemizden ve sponsorlarımızdan destek alınması planlanmaktadır.

Raspberry Pi Kartının ve Arduino NANO Kartlarının Çalışmaz hale gelmesi durumu

1) Sualtı arasının içerisinde işlemcinin devre dışı kalması durumu gerçekleşebilir diye REDOUNDED yapı

oluşturulmuştur.

2) Yedek Raspberry Pi kartı bulunmaktadır.

3) Yedek Arduino Nano kartlarımız bulunmaktadır.

ESClerin yanması 1) Yedek ESC kullanılacaktır.

2) Yedek ESClerin kullanılamaz hale gelmesi durumunda Fakültemizden ve sponsorlarımızdan destek alınması planlanmaktadır.

Gripper Kolun Kırılması durumu 1) Yedek kol bulundurulacaktır

Su Sızdırılması Durumu 1) Devre kartları ve bağlantılar kapalı bir kutu içerisinde tutulacaktır

2) Elektrik devrenin bağlantı noktalarına yalıtım uygulanacaktır

35 6.3. BÜTÇE PLANLAMASI

Ürün Adet/ Birim Fiyat(TL)

1 Raspberry Pi A+ 1 Adet 200

2 Arduino Nano (Klon) 9 Adet 162

3 JSN-SR04T Ultrasonik Sensör 3 Adet 180

4 Kamera Modülü 1 Adet 217

5 MMS5803-01BA MS5803 Derinlik Sensörü 1 Adet 95

6 HMC5883L Pusula Sensörü 1 Adet 27

7 MPU6050 6 Eksen İvme ve Gyro Sensörü 1 Adet 10

8 12V IP68 LED 1 Adet 43

9 E-Bike Direnç-Voltaj Düşürücü [72V-48V Uyumlu] 1 Adet 35 10 2.5-7.5V Düşürücü Ayarlanabilir Voltaj Regülatörü 2 Adet 51 11 Emax MT3110 700KV Fırçasız Motor 2 Adet 468 12 Emax XA2212 980KV Multirotor Frçasız Motor 2 Adet 196

13 51010210 BRUSHLESS OUTER MOTOR 2 Adet 904

14 İnfüzyon Konnektörü 7 Adet 210

15 İnfüzyon Hortum Vanası 5 Adet 80

16 Sızdırmazlık Macunu 15m 1 Adet 30

17 İnfüzyon Yapıştırıcı Spreyi 500 mL 1 Adet 90

18 PVA Kalıp Ayırıcı Sıvı 1 Adet 20

19 Epoksi 3 Kg 256

20 Plain Örgülü Karbonfiber Kumaş 5 m² 800

21 Peelply 3 m² 100

22 İnfüzyon Filesi 3 m² 100

23 Vakum Naylonu 3 m² 100

24 İnfüzyon Kanalı 43mm 3 m 100

25 İnfüzyon Spirali 5 m 25

26 Skywalker 30A ESC 4 Adet 348

27 Skywalker 20A ESC 2 Adet 135

28 Vakum Hortumu 2 m 25

Toplam 5007

36 7.TECRÜBE

Daha önce yapılmış olan insansız sualtı araçlarını araştırarak bu kategori hakkında bilgi edinilmiştir. Yaptığımız araştırmalarda insansız sualtı araçlarının eksikleri listelenerek araç tasarımına eklenmiştir. Aracın tasarımı daha önceden yapılmış olan araçlara göre farklı, gelişmiş, güçlü, estetik, ergonomik olacak şekilde oluşturulmuştur. Kalıplar CNC tezgâhında çıkartılacağı için oluşturulurken kısım-kısım tasarlanmıştır.

Ön tasarım raporunda sunulan araç tasarımında, aracın dengesinin ve manevra kabiliyetinin yetersiz olduğu görülüp kanatlara birer adet yüzdürücü motor

konulmuştur. Bu durum aracın dengeli olmasını ve daha rahat manevra hareketi yapabilmesini sağlamıştır.

Prototip oluşturulurken elyaf üstüne sürülen reçineyi sertleşme süresi dikkate alınmadan, kullanılması gereken miktardan fazla reçine yapılarak hata yapılmıştır. Bu olayın sonucunda elimizdeki sıvı poliester yetersiz miktara düşmüş ve yenisi alınmıştır.

Yapılan bu hata vakum infüzyon yönteminde göz önünde bulundurulacaktır.

Bir adet Arduino Nano anakartı yetersiz bulunmuş olup, önce iki adet kadar yükseltilmiştir. Bu sayı da yetersiz bulunup dokuz adet Arduino Nano ve bir adet Raspberry Pi A+ kartı eklenmiştir.

8.ÖZGÜNLÜK

Su altı aracımız birçok su altı canlısının fiziksel özelliklerinden ilham alarak tasarlanmıştır. Aracın gövdesi ve kanatlarında bulunan eğimler ile aracın hidrodinamik yapısı maksimum seviyeye yükseltilmeye çalışılmıştır. Yüksek hızla hareket eden sualtı canlılarında belirlediğimiz ortak özellikler olan yüzgeçler örnek alınarak tasarlanan kanatların iki yönlü hareketi (aşağı-yukarı) sayesinde, aracın durma hareketi yapmadan manevra yapması planlanmıştır.

Olabildiğince düşük bütçeli ve yüksek performanslı bir araç tasarlanmaya çalışılmıştır. Yaygın olarak tercih edilen açık gövde tasarımı yerine araç kapalı bir gövde ve kanatlardan oluşan bir düzende tasarlanmıştır. Ayrıca aracın gövdesi ve kanatları kompozit malzeme (karbonfiber + epoksi) kullanılarak vakum infüzyon yöntemi ile üretilmesi planlanmıştır. Aracın gövdesinin karbon fiber malzemeden üretilmesi de hafiflik, yüksek mukavemet ve şık bir görünüm gibi avantajlar

sağlamaktadır. Karbon-fiberin yüksek mukavemeti sayesinde derin sularda da kullanımı mümkün olacaktır.

37

Daha önce yapılan çalışmalarda aracın manevra kabiliyeti çoğunlukla sualtı motorları ile sağlanmıştır. Bu projede yapılan tasarım, diğer çalışmalardan farklı olarak dönüşlerdeki manevra kabiliyeti için tasarlanan kanatların hareketi servo motorlar ve kanatlardaki yüzdürücü motorlar kullanılarak sağlanmıştır. Araç estetik bir görünüme sahip olup geliştirmeye açık bir tasarımdır. Rahatlıkla dalış gerçekleştirebilmektedir.

Aracın hatları sayesinde hidrodinamik olarak fluent programında %5 iyileştirme görülmüştür.

8. REFERANSLAR 1.

https://web.archive.org/web/20130513144655/http://www.fish.wa.gov.au/Documents/recreational_fishing/fac t_sheets/fact_sheet_rays.pdf.

2. http://www.bilimgenc.tubitak.gov.tr/makale/denizlerin-en-hizli-ilk-10-baligi.

3. https://www.nationalgeographic.com/animals/fish/group/hammerhead-sharks/.

4.

https://www.webcitation.org/5q7gRzXJA?url=http://www.tesisenxarxa.net/TESIS_UAB/AVAILABLE/TDX- 0401109-161950//alsv1de1.pdf.

5. http://www.muhendisalemi.com/vakum-infuzyon-yontemiyle-kompozit-malzeme-uretimi/.

6. Yurttaş, Ç., Afşar, E., 2000, “CTP Teknolojisi”, 4. basım, Cam Elyaf, 8-44 2. Koruvatan, A., Koruvatan, T., Arslan, N., Şen, F., 2008, “Kür Sürecinin Tabakalı Kompozit Malzemelerin Mekanik Özellikleri Üzerine Etkisinin Deneysel Olarak İncelanmasi”, XVI. U.

7. Arduino Nano official webpage (arduino.cc).

8. Deily, Ned (28 March 2018). "Python 3.7.0 is now available". Python Insider. The Python Core Developers. 31 Temmuz 2018 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 29 March 2018.

9. https://cahitisleyen.wordpress.com/2017/11/19/pyqt5-ile-pencere/.