TEKNOFEST İSTANBUL
HAVACILIK, UZAY VE TEKNOLOJİ FESTİVALİ İNSANSIZ SU ALTI SİSTEMLERİ YARIŞMASI
KRİTİK TASARIM RAPORU TAKIM ADI: ASFA S.T.LAB.
TAKIM ÜYELERİ: Sevde ERGÜN, Elif Reyhan UYSAL,
Esra Deniz BABUCCU, Kerem Ali BİLGE,
Mustafa Yiğit ÖZDEMİR, Taha GEMİCİ, Ravza FİLİZ, Abdullah ÇETİN
DANIŞMAN ADI: Mehmet DUDU
ASFAROV
İÇİNDEKİLER
İÇİNDEKİLER ... 2
1. RAPOR ÖZETİ ... 3
2. TAKIM ŞEMASI ... 3
Takım Üyeleri ... 3
Organizasyon Şeması ve Görev Dağılımı ... 4
3. PROJE MEVCUT DURUM DEĞERLENDİRMESİ ... 5
4. ARAÇ TASARIMI ... 6
Sistem Tasarımı ... 6
Aracın Mekanik Tasarımı ... 7
4.2.1. Mekanik Tasarım Süreci ... 7
4.2.2. Malzemeler ... 10
4.2.3. Üretim Yöntemleri ... 10
4.2.4. Fiziksel Özellikler ... 10
Elektronik Tasarım, Algoritma ve Yazılım Tasarımı ... 11
4.3.1. Elektronik Tasarım Süreci ... 11
4.3.2. Algoritma Tasarım Süreci ... 14
4.3.3. Yazılım Tasarım Süreci ... 15
4.4. Dış Arayüzler ... 15
5. GÜVENLİK ... 15
6. TEST ... 16
7. TECRÜBE ... 16
8. ZAMAN, BÜTÇE VE RİSK PLANLAMASI ... 17
Zaman Planlaması... 17
Bütçe Planlaması ... 18
9. ÖZGÜNLÜK ... 19
10. REFERANSLAR ... 19
1. RAPOR ÖZETİ
ASFA S.T.LAB. takımı ilk defa yarışacağı bir bölüm olan insansız su altı aracı kategorisine ismi ASFAROV olan robot ile katılmayı planlamıştır. Bu nedenle birçok su altı robotu takımımız tarafından incelenip takım için en uygun olan tasarımlar tespit edilmiştir. Bunun sonucunda bir taslak oluşturup robot için gerekli olabilecek malzemeler belirlenmiş ve tasarımı planlanmıştır. Sonuç olarak bluerov modelinden esinlenilerek üretime başlanmıştır. Gövde üretimi tamamlanan ASFAROV’a elektronik aksam yerleştirilmeye başlanmıştır. Sızdırmazlık testleri tamamlanır tamamlanmaz havuzda görev testlerine başlanacaktır.
2. TAKIM ŞEMASI
Takım Üyeleri
S.T.LAB. ekibi sekiz kişiden oluşmaktadır. Altısı Fen lisesi, biri Anadolu lisesi öğrencisi, biri öğretmen olup; dört tanesi 10. sınıf, bir tanesi 9. sınıf ve iki tanesi 11.sınıf’ ta okumaktadır.
Mustafa Yiğit Özdemir - Takım kaptanı
Tasarım, su altı aracının gövde tasarımı, itki tasarımı ve montaj yapılması konusunda takıma katkı sağlayacaktır.
Abdullah Çetin - Ekip Üyesi
Özel ASFA Eğitim Kurumları’nda Bilişim Teknolojileri Öğretmenidir. Değişik görevlerde yer alan bütün üyeleri organize etme, aracının yazılımında, yapımında, takım içi iletişimi sağlamak konusunda takıma katkı sağlayacaktır.
Taha Gemici - Ekip Üyesi
Görüntü işleme, kamera haberleşmesi, ara yüz tasarımı ve elektronik bilgi konusunda takıma katkı sağlayacaktır.
Esra Deniz Babuccu - Ekip Üyesi
Matematiksel hesaplamalar ve veri analizi yapma konusunda takıma katkı sağlayacaktır.
Sevde Ergün - Ekip Üyesi
Takım üyelerinin koordine olması ve takım üyelerinin arasındaki iletişim ve çalışma güvenliği konusunda takıma katkı sağlayacaktır.
Elif Reyhan Uysal - Ekip Üyesi
Takımda dış kaynaklarla iletişim sağlama ve dış ilişkilerin denetlenmesinde, malzeme alışverişinde takıma katkı sağlayacaktır.
Kerem Ali Bilge – Ekip Üyesi
Takımda sualtı robotunun montaj ve tasarımında, yazılımının yazılmasında ve elektronik işlemleri konusunda takıma katkı sağlayacaktır.
Ayşe Ravza Filiz – Ekip Üyesi
Takımda bütçe sorumluluğu görevini üstlenmiş, gelir ve giderlerin kontrol edilmesinde takıma katkı sağlayacaktır.
Organizasyon Şeması ve Görev Dağılımı
Tablo 1 Takım İçi Organizasyon Şeması
Mustafa Yiğit ÖZDEMİR
Kerem Ali BİLGE
Esra Deniz
BABUCCU Taha GEMİCİ Sevde ERGÜN Elif Reyhan UYSAL
Ayşe Ravza
FİLİZ Abdullah ÇETİN
TAKIM KAPTANI
MEKANİK
TASARIM VERİ ANALİZİ
ELEKTRO MEKANİK İŞLEMLER
SENSÖRLER MALZEME
ALIMI
BÜTÇE PLANLAMA
KOORDİNASYON
5
3. PROJE MEVCUT DURUM DEĞERLENDİRMESİ
Ön tasarım raporunda planlanan motorlar inrunner motorlardı. Fakat nihai modelin ortaya çıkması ile bu motorlar yerine outrunner motorlar kullanılmasına karar verildi. İnrunner motorların yurt dışından temin edilmesi planlanmıştı. Fakat outrunner motorlara geçiş yapıldıktan sonra bu uzun sürece gerek kalmadan motorlar yurt içinden temin edildi. Buda takım zaman ve mali tasarruf sağladı.
Yurtdışından motorların gelmesi bir ay süreceğinden zaman tasarrufu sağlanmıştır. Maliyet olarak (163TL(inrunner)-80TL(outrunner))*6=498TL azaltılmıştır.
Motor tiplerinin değişmesi kullanılacak olan ESC lerinde değiştirilmesine neden olmuştur.
Artık 60A ESC yerine 30A ESC kullanmak yeterli olacaktır. Buda hem maliyeti hem de cihaza için gerekli olan toplam akım değerini azaltacaktır.
ESC ’lerde ise (100TL(60A ESC)-40TL(30A ESC))*6=360TL kar sağlanmıştır.
ASFAROV gövdesi basılırken ortaya çıkan baskı ve zaman problemlerinden dolayı süreç uzamıştır. Bu da test aşamasına geçilmesini geciktirmiştir. Fakat sıkı bir çalışma temposu ile projenin istenilen ve planlanan vakitte bitirilmesi hedeflenmektedir.
Elektronik ve elektriksel aksamlar yeni yerleştirilmeye başladığı için test aşmasına geçmeden diğer parçaların değişiklik gösterip göstermeyeceği bilinmemektedir.
6
4. ARAÇ TASARIMI
Sistem Tasarımı
ASFAROV’un elektronik tasarım blok şeması aşağıda verilmiştir:
Şekil 1.Elektronik Devre Diyagramı
7 Aracın Mekanik Tasarımı
4.2.1. Mekanik Tasarım Süreci
ASFAROV’un genişlik yükseklik ve boy ebatlarının gösterildiği üst, yan ve ön görünüşlerinin bulunduğu teknik resmi aşağıdaki gibidir.
Şekil 2.ASFAROV Teknik Detay Resmi
8
Tasarlanan modelinin örnek 3D render görüntüleri ve nihai iskelet tasarımı aşağıdaki gibidir.
Şekil 3a.3D Görünüm
Şekil 4b.3D Görünüm
Şekil 5c.3D Görünüm
9
Üretim Aşamalarından Resimler
10 4.2.2. Malzemeler
Tablo 2.Mekanik Malzeme Listesi SIRA
NO
MALZEME
ADI TEKNİK ÖZELLİKLER ÜRÜN GÖRSELİ
1 KISKAÇ
Kıskaç maksimum açık uzunluğu: 55mm Kıskaç toplam uzunluk: 108mm Kıskaç toplam genişlik(açık): 98mm
2 SİGORTA
KUTUSU 20mm Kutu Tip Sigorta Yuvası
3 FIRÇASIZ
MOTOR
Voltaj: 7.2 - 13 / Akım : 30 sn için 15A Devir / V: 980 /Max Thrust: 880g
4
GÖVDE
3D Printerda basım için PLA baskı malzemesi seçilmiştir.
5 BATMAZLIK
TANKI
İçi hava dolu olan bu tanklar içerisine su pompaları vasıtasıyla balast suyu alarak
batış ve yüzeye çıkış işlemlerini gerçekleştirmek için tasarlanmıştır.
4.2.3. Üretim Yöntemleri
Üretim planlaması, maliyeti azaltma ve çalışma performansını artıracak şekilde yarışma gününe yetişecek biçimde gerekli testlerin yapılarak süre de göz önünde bulundurularak optimum şekilde yapılması planlanmıştı. Çalışmalar bu hedef doğrultusunda hızla devam etmektedir.
4.2.4. Fiziksel Özellikler
ASFAROV aracı 10 motorlu, 3 sensörlü bir denizaltıdır. Motorlardan 6 tanesi fırçasız olup itki ve manevra sistemi için kullanılmaktadır. 2 adet servo motor ise
Robot kolun tutma ve bırakma görevlerini yerine getirmesi için kullanılmıştır.2adet servo motor ise kameradan sağlıklı görüntü alınabilmesi için yerleştirilmiştir. Su geçirmez ultrasonik sensör ise havuzdaki su derinliğini ölçmek için
11
yerleştirilmiştir. Nem sensörü robotun elektronik aksamının sudan korunması ve iç ortama su sızıp sızmadığını her an kontrol etmek için yerleştirilmiştir. Denge sensörü ise de robotun hareketlerini düzenlemek ve onu stabil bir şekilde tutabilmek için yerleştirilmiştir.
ASFAROV yaklaşık 6,75kg gelmektedir. Robotun kenar ölçüleri ise 46cmx35cmx26cm olarak tasarlanmıştır. Bu da hacim olarak 41.860cm3 gelmekte dir.
Bu da yaklaşık olarak 0,042m3 değerine karşılık gelmektedir. Ayrıca robotun yüzdürülebilirliğini sağlamak için her biri 0,5lt olan 4 adet hava tankı da robot gövdesine yerleştirilmiştir.
Elektronik Tasarım, Algoritma ve Yazılım Tasarımı 4.3.1. Elektronik Tasarım Süreci
Tablo 3.Elektronik Malzeme Listesi
SIRA NO
MALZEME
ADI TEKNİK ÖZELLİKLER ÜRÜN GÖRSELİ
1 MİKRO
DENETLEYİCİ
Arduino Mega 2560; Atmega2560 temelli bir mikrodenetleyici kartıdır. Üzerinde 54 adet dijital giriş/çıkış pini (15 tanesi PWM çıkışı
olarak kullanılabilir), 16 analog giriş, 4 UART , 16Mhz kristal, usb soketi, güç soketi, ICSP konektörü ve reset tuşu
bulundurmaktadır.
2 GÖRÜNTÜ
AKTARIMI
1080p Full HD renkli CMOS sensor (1920x1080 Piksel)
Yansıma engelleyici lens kaplama ile canlı görüntüler
Düşük ışıkta süper performans 16Mega Pixel Mega Pixel (4608x3456)
resim yakalama (yazılım ile)
30 frame/sn’e kadar haraketli görüntü kaydı yapabilme
3 SİGORTA Malzeme: UL-Rated 94V0 Termoplastik Akım: 5A, 10A, 15A, 20A, 25A, 30A
Çalışma Sıcaklığı: -40 ° C ~ 85 ° C
4 ESC Çıkış daimi akım: 30A
BEC: 2A / 5V lineer mod BEC
12 5
SENSÖR
Çalışma gerilimi: 5V DC / Çalışma akımı: 30mA Akustik emisyon frekansı: 40kHz Maksimum mesafe: 4.5m / Minimum
mesafe: 25cm
6 SENSÖR
Dijital çıkış vermektedir.
Çalışma Gerilimi: 3.3-5 VDC Ölçüm Aralığı:
Nem: 0-100%RH Sıcaklık:-40 - 80 °C
7 SENSÖR
MPU9250 3-eksen jiroskop, ivmeölçer, manyetometre ve BMP180 barometrik basınç
sensörünü birarada bulunduran 10DOF IMU sensör kartıdır.
8 KUMANDA
KOLU Logitech 3d extreme projoystick
9
GÜÇ KAYNAĞI
Giriş: 25.2~46.8VDC Çıkış: 12VDC
10 KABLO 1.5mm kalınlığında 30A akıma dayanıklı 30m uzunluğunda 4lü kablodur.
11 SERVO
MOTOR
Yüksek Tork / Düşük gerilim ile besleme / Sürücü ihtiyacı bulunmaması
13
ASFAROV’un elektronik tasarım nihai blok şeması aşağıda verilmiştir
14 4.3.2. Algoritma Tasarım Süreci
ASFAROV’ un nihai algoritma şeması aşağıda verilmiştir.
Şekil 6.Sistem Algoritması
15 4.3.3. Yazılım Tasarım Süreci
ASFAROV aracının kontrol ve görüntü aktarımı için python, dengeleme ve navigasyon işlemleri içinde arduino programlamak için gerekli olan C programlama dili kullanması planlanmıştı. Plana uygun olarak gidilmektedir. İki takım üyesi bu işlemlerin hayata geçirilmesi için yazılım ve kodlama işi ile uğraşmaktadır. Bu işlemler tamamlandığında ASFAROV su altında teste sokulacaktır.
Kameradan alınan görüntünü C# programı üzerinde görüntü işleme araçları ile filtreleme işlemlerine tabi tutularak su altındaki yazınının okunula bilirliği arttırılarak hakem ve pilot tarafından kolay okunabilmesinin amaçlanmaktadır.
4.4.Dış Arayüzler
Görüntü aktarımı için bileşenlerde bahsedilen hd webcam ile görüntüyü kontrol istasyonu olarak kullanılacak olan dell inspiron 5567 model numaralı bilgisayara aktarılması ve bu bilgisayar üzerinden takip edilmesi planlamıştır. Aktarımı daha optimize hale getirmesi düşünülen bazı görüntü temizleme işlemlerini deC# dilinde open cv, emug cv v.b. görüntü filtreleme programları ile bu istasyon üzerinden gerçekleştirilmesi planlanmaktadır Veri aktarımı ise kontrol istasyonunda bulunan arduino mega adk ile ASFAROV’a gönderilen tx rx seri haberleşme kabloları üzerinden slave olan bir diğer Arduino Mega Adk’ ya göndererek veri takibi ve kontrolünü gerçekleştirmesi hedeflenmektedir.
5. GÜVENLİK
Güvenlik her şeyden daha önemlidir. Bu nedenle ASFAROV takımı güvenliğe aracın dizaynından suya indirilmesine kadar her kademede güvenlik işlemlerini aşağıdaki basamaklarda sıralamıştır.
Çalışanların güvenliğini sağlamada takım içinde bir güvenlik elemanı gerekli araştırmaları sonunda (gözlük, eldiven kullanımı, elektronik ve elektrik işlerinde yalıtım güvenliği gibi) öğrendiği bilgilerle denetimi sağlayacaktır.
Sadece çalışanların güvenliği değil aracın güvenliği içinde aşağıdaki önlemlerin alınmasını amaçlanmaktadır.
ASFAROV aracını tasarım bölümünde gösterildiği gibi keskin olmayan kavisli bir şekilde tasarlamak
Pervanelerin etrafına kablo ve halata dolanma ihtimaline karşı koruma oluşturmak
Her bir motordan önce kısa devre korumasına karşın bir 30A lik sigorta konulması
İçerideki nem ve sıcaklığı kontrol amacıyla DHT21 sıcaklık ve nem sensörü ile sürekli kontrol etmek
Sıvı seviye sensörü ile elektronik devre koruma kabında olabilecek sızıntıyı tespit etmek.
Suda fazla kalacak kablolar ve halatları toplayacak yaylı makara sistemi ile kablo dolaşmasını önlemek.
Motorların su ile temasını azaltıcı motor koruma kapları.
16
6. TEST
ASFAROV aracının iskeletinin tamamlanması mayıs ayı gibi planlanmıştı. Fakat yazıcının baskı alanının yetersiz kalması ve bu nedenle parçaların dışarıda bastırılmak istenmiştir.
Yapılan araştırma sonunda dışarıdaki baskı maliyetlerinin çok yüksek olmasından dolayı ASFAROV’un daha küçük parçalara bölünerek basılıp sonra birleştirilmesine karar verildi. Bu süreçten dolayı gövdenin tamamlanması uzun sürmüştür. Gövde 1 Temmuz itibari ile tamamlanmıştır. Elektronik ve elektriksel aksam yeni döşenmeye başladığı için henüz test aşamasına geçilememiştir. En yakın zaman da havuz ortamında testlere başlanması planlanmaktadır.
7. TECRÜBE
ASFAROV’un gövdesi tasarlanırken birçok model incelenmiş ve en uygun gelen tasarım olan Bluerov seçilmiştir. Solidworks üzerinde modelde yapılan küçük değişiklikler ile nihai tasarım ortaya çıkmıştır. Ön tasarım raporunda seçilen inrunner motorlar gövdeye uydurulamadığı için outrunner motorlara geçiş yapılmıştır.
Gövde baskısının yapılması uzun saatler aldığından iki adet 3d yazıcı 7 gün 24 saat çalıştırılmış bunun sonucunda bazen gece flament bitmesi, bazen nozule tıkanmaları sonucu ortaya vakit ve malzeme kaybı sorunları çıkmıştır. Bu problemleri halletmek için atölye ye kamera ile takip sistemi kurulduktan sonra yazıcıların bağlı bulunduğu bilgisayarları evden yönetmek suretiyle bu kayıplarında önüne geçilmiştir.
17
8. ZAMAN, BÜTÇE VE RİSK PLANLAMASI
Zaman Planlaması
İşin Adı Mart Nisan Mayıs Haziran Temmuz Ağustos
Ön Tasarım Yarışma Kuralları Analizi Malzeme Araştırma Üretim Araştırma Ön Tasarım Raporu Hazırlama Kritik Tasarım Çalışması İskelet Üretim Tasarımı Elektronik Tasarım Kritik Tasarım Raporu Test Aşaması Sızdırmazlık Testi Manevra Kabiliyet Testi Denge Testi
18 Bütçe Planlaması
ASFAROV’un gövdesi pvc borundan yapılması tasarlanmıştı. Fakat nihai tasarımda 3D yazıcı ile basılmasına karar verildi. Bu da maliyetin biraz yükselmesine neden oldu. Motor modelinin ve ESC modelinin değişmesinden dolayı tasarruf sağlanmasına rağmen 3D baskı maliyeti ön tasarım raporundakine oranla biraz artırmıştır.
Tablo 4.Bütçe Planlaması
Kategori Tanımlama Notlar Miktar Birim Fiyat Toplam Fiyat
Donanım Ana Gövde Pla flament 5 100 500
Elektronik DC/DC Çevirici DC / DC 48V, 12V 10A 120W Redüktör Konverter Regülatörü için Su Geçirmez Güç Gerilimi
4 113 452 TL
Elektronik Joystick Logitech Extreme 3D Pro Joystick 942-000031
1 300 300 TL
Elektronik Kontrol Birimi Arduino Mega ADK - Android Geliştirme Kartı
2 402 804 TL
Elektronik Motor Sürücü- Elektronik Hız Kontrol Birimi
30A ESC Fırçasız Motor Sürücü
6 40 240 TL
Elektronik Motorlar DJI outrunner Fırçasız Motor
6 80 480 TL
Elektronik Elektrik Kablosu 1.5mm 30m Kablo 1 77 77 TL
Elektronik Kamera Alfais AL-4522 USB Rca Capture Easycap Kamera Uydu Kayıt Kartı
1 40 40 TL
Mekanik Kamera Pan Tilt İki Eksen
SG90 Servo Motor Pan Tilt 2 Eksen
1 7 7 TL
Elektronik Su Pompası Su Pompası - DC 12 V / 370-04PM - 5020
2 70 140 TL
Elektronik Sensör JSN-SR04T Su Geçirmez Ultrasonic Mesafe Ölçer Sensörü (Transducer)
2 60 120 TL
Elektronik Sensör MPU 9250 1 127 127 TL
Elektronik Sensör DHT22 Sıcaklık ve Nem Sensörü
1 45 45 TL
Mekanik Tutucu Kıskaç Alüminyum Robot Kol Kıskacı
1 83 83 TL
Mekanik Su geçirmez servo
Emax ES3005 2 135 270 TL
TOPLAM 4.405TL
19
9. ÖZGÜNLÜK
Bu projede çalışmaya başlanırken ilk önce yapılabilecek ölçüde tasarımların yerli ve milli olması hedeflendi. Bu hedefin öz kaynaklarımızla yapabileceği görüldü.
Kaynaklar içinde bulunan 3D yazıcı, takımın tasarımlarını yapabilmesi için önemli bir artı oluşturmaktadır. Seçilen model üzerinde istenen değişikliklerin yapılması, hayal edilen tasarım ortaya konulması için iyi bir fırsat sunmaktadır. Denedikçe ve hataları gördükçe değişiklikler yaparak ortaya S.T.LAB. Takımına ait çok güzel bir robot çıkmaya başlamıştır.
10. REFERANSLAR
https://www.python.org/
https://www.arduino.cc/
https://opencv.org/
https://www.udemy.com/python-ile-goruntu-isleme/learn/v4/content
https://www.raspberrypi.org/
https://grabcad.com/library/bluerov2-1
https://pixycam.com/
