TEKNOFEST ĠSTANBUL HAVACILIK, UZAY VE TEKNOLOJĠ FESTĠVALĠ. ĠNSANSIZ SU ALTI SĠSTEMLERĠ YARIġMASI KRĠTĠK TASARIM RAPORU TAKIM ADI: GEDĠK ROBOTICS TEAM

1

TEKNOFEST ĠSTANBUL

HAVACILIK, UZAY VE TEKNOLOJĠ FESTĠVALĠ ĠNSANSIZ SU ALTI SĠSTEMLERĠ YARIġMASI

KRĠTĠK TASARIM RAPORU

TAKIM ADI: GEDĠK ROBOTICS TEAM TAKIM ID: Ġstanbul Gedik Robotik Takımı YAZARLAR: BURAK BOZKARA, BÜNYAMĠN KARAGÖZ, ENES SÖNMEZ, ESRA NĠYAZOĞLU,

ONURCAN GÜNAY, SÜHA BERK KUKUK

DANIġMAN ADI: SAVAġ DĠLĠBAL

2 ĠÇĠNDEKĠLER

1. RAPOR ÖZETĠ ... 3

2. TAKIM ġEMASI ... 4

2.1. Takım Üyeleri ... 4

2.2. Organizasyon ġeması ve Görev Dağılımı ... 6

3. PROJE MEVCUT DURUM DEĞERLENDĠRMESĠ ... 7

4. ARAÇ TASARIMI ... 10

4.1 Sistem Tasarımı ... 10

4.2. Aracın Mekanik Tasarımı ... 13

4.2.1. Mekanik Tasarım Süreci ... 13

4.2.2. Malzemeler ... 19

4.2.3. Üretim Yöntemleri ... 24

4.2.4. Fiziksel Özellikler ... 25

4.3. Elektronik Tasarım, Algoritma ve Yazılım Tasarımı ... 30

4.3.1. Elektronik Tasarım Süreci ... 30

4.3.2 Algoritma Tasarım Süreci ... 41

4.3.3. Yazılım Tasarım Süreci ... 42

4.4. DıĢ Arayüzler ... 43

5. GÜVENLĠK ... 46

6. TEST ... 48

7. TECRÜBE ... 55

8. ZAMAN, BÜTÇE VE RĠSK PLANLAMASI ... 56

8.1. Zaman Planlaması ... 56

8.2. Nihai Bütçe Planlaması ... 57

8.3. Risk Planlaması ... 58

9. ÖZGÜNLÜK ... 59

10. REFERANSLAR ... 60

3 1. RAPOR ÖZETĠ

Ġnsansız sualtı araç sistemleri, farklı geometrik yapı, boyut ve ağırlıklarda tasarlanan yarı otonom veya otonom olarak çalıĢan mekatronik sistemlerdir [1]. Bu sistemler, baĢta savunma sanayi olmak üzere sualtında arama, kurtarma, numune toplama, orta/büyük ölçekli sualtı sistemlerin gövde bakımı, sualtı boru hattı kaynak inceleme ve arkeolojik çalıĢma gibi birçok sualtı görevi yerine getirebilecek Ģekilde tasarlanan robotik sistemlerdir [2].

Ġstanbul Gedik Üniversitesi Robotics Team tarafından geliĢtirilen su altı robot sistemi, daha önce Mate-ROV (Remotely Operated Vehicle) 2017-2018, Teknofest 2018 ve Savunma Sanayi BaĢkanlığı ROBOIK yarıĢmalarına katılmıĢtır ve tüm yarıĢmalarda Türkiye 2.si olmuĢtur. Robot, su altında baĢta su altı arama olmak üzere çeĢitli görevleri gerçekleĢtirmek için tasarlanmaktadır.

Mekatronik sistem tasarımı esaslarına göre alt sistemleri geliĢtirilen su altı robotun Ģasisi, PLA filament kullanılarak 3 boyutlu yazıcıdan baskı alınarak oluĢmuĢtur. Robotun doğrusal ve döngüsel hareket kabiliyeti Ģasiye simetrik olarak üç ayrı konumda yerleĢtirilen itici elektrik motor çiftleri ile sağlanmıĢtır. Su altında hareket ve denge sisteminin kontrolü, gömülü sistem kontrol kartı ile gerçekleĢtirilmiĢtir. Su altı robotun, robotik tutucu sistemi, eklemeli imalat teknolojisi kullanılarak üretilen pnömatik tahrikli tutucu alt sisteminden oluĢmuĢtur. Su altı robotun kamerasından alınan görüntü, su üstündeki operatörün taktığı sanal gerçeklik gözlüğüne FPV ( First Person View) aktarılmıĢtır. Bu sayede operatörün kafa hareketleri ile kamera görüĢ açısının bakılan yöne yönlendirilmesi için, altı eksenli sensör (IMU) kullanılarak pan-tilt hareket mekanizması geliĢtirilmiĢtir.

Robotta bulunan basınç ve sıcaklık sensörleriyle su altında bulunulan bölgeden alınan basınç ve sıcaklık verileri su üstündeki arayüze aktarılacaktır. Mekatronik tasarım esaslarına uygun özellikleri geliĢtirilen prototip su altı robotu, su altında parça entegrasyonu, mayın arama/imha, sıcaklık, basınç ölçümü, otonom olarak çemberin içinden geçebilme, otonom olarak harf tanıma, objeyi tespit edip objeye en yakın yerde otonom olarak konumlanma gibi görevleri yerine getirebilecek kabiliyettedir.

Bu kritik tasarım raporu geliĢimi devam eden robotun katılacağı TEKNOFEST 2019 Ġnsansız Su altı YarıĢması için hazırlanmıĢtır. Gelecek hedeflerinden biri de seri üretime geçebilecek yerli ve milli robotlar üreten bir takım olabilmektir.

Raporda takım üyeleri bilgileri, prototipi geliĢtirilen su altı robotun mekatronik sistem tasarımı ve alt sistemlerin iliĢkisi, robotik tutucu sistemi, güvenlik, bütçe, zaman, risk planlamaları anlatılacaktır.

4 2. TAKIM ġEMASI

2.1. Takım Üyeleri

Gedik Robotics Team 6 öğrenci ve 1 danıĢman eĢliğinde toplam 7 kiĢiden oluĢmaktadır.

Enes SÖNMEZ- Ġstanbul Gedik Üniversitesi-Mekatronik Mühendisliği-4.sınıf Esra NĠYAZOĞLU- Ġstanbul Gedik Üniversitesi-Mekatronik Mühendisliği-2.sınıf Burak BOZKARA- Ġstanbul Gedik Üniversitesi-Mekatronik Mühendisliği-2.sınıf Bünyamin KARAGÖZ- Ġstanbul Gedik Üniversitesi-Mekatronik Mühendisliği-3.sınıf Onurcan GÜNAY- Ġstanbul Gedik Üniversitesi-Mekatronik Mühendisliği-2.sınıf Süha Berk KUKUK- Ġstanbul Gedik Üniversitesi-Mekatronik Mühendisliği-3.sınıf SavaĢ DĠLĠBAL-Ġstanbul Gedik Üniversitesi Mekatronik Mühendisliği Bölüm BaĢkanı

5

ġekil 1: Gedik Robotics Team Tanıtım Kapağı

6

2.2. Organizasyon ġeması ve Görev Dağılımı

7

3. PROJE MEVCUT DURUM DEĞERLENDĠRMESĠ

Ön tasarım raporunda 7 kiĢi olarak belirtilen takım üyeleri sayısında değiĢikliğe gidilmiĢtir ve nihai halinin 6 kiĢi olmasına karar verilmiĢtir.

Ön tasarımda belirtilen tasarımdan farklı olarak eĢi benzeri bulunmayan tamamen özgün ve yaratıcı bir tasarıma geçilmiĢtir. Örneğin iticelerin dıĢ kısmı tasarımla tek parça hale getirilmiĢtir ve robotun Ģasisi eklemeli imalat yöntemiyle basılarak maliyeti en az olacak Ģekilde üretimi yapılmıĢtır. Motorların pervaneleri satın alınmak yerine eklemeli imalat kullanılarak basılmıĢtır. Bu sayede hafif olması sağlanmıĢtır ve boyuttan tasarruf elde edilmiĢtir.

Ön tasarımda belirtildiği üzere elektropnömatik sistem robota entegre edilmiĢtir. Ön tasarım raporunda belirtildiği üzere özel tasarım esnek tutucu sistemi kullanılmıĢtır.

Özellikle bütçe anlamında belirsizliklerden uzak net bir sonuç elde edilmiĢtir. Süreçte bize yerli ve milli üretim için destek veren sponsorluklarla bütçede minimum harcamaya gidildi.

Tedarik edilen malzeme sayısı en aza indirildi ve eski malzemeler değerlendirildi.

Kontrol alt sistem ve elektronik alt sistem ön tasarım raporunda belirtildiği gibi değiĢiklik yapılmadan ilerlenmiĢtir. Yazılımsal olarak ise açık kaynak kodlardan yardım alınmıĢtır.

8

Ön tasarım raporundan önce bu Ģekilde bir bütçe tablosu düĢünülmüĢtü:

ġekil 2: Öngörülen Bütçe Planlaması (08.06.2019)

9

Kritik tasarım raporundan önce çıkan son durum bu Ģekildedir:

ġekil 3: Planlanan Son Bütçe (15.07.2019)

10 4. ARAÇ TASARIMI

4.1 Sistem Tasarımı

Kontrol istasyonuna genel bakıĢ:

ġekil 4: Kontrol Ġstasyonu Detaylı ġema

11

ġekil 5: SID ġeması

GiriĢte uygulanan 48V, 15A DC güç kaynağı özel olarak tasarlayıp ürettiğimiz kablo ile encloser içerisine gelip burada 48/12V dönüĢtürülür. Enclosure içerisinde dönüĢtürülen 12 V gerilim ESC, güç modülü, FPV kamera, arduino ve pdb kompanentlerini beslemektedir.

Elektronik hız kontrolcüler sayesinde motorların kontrolünü pixhawk ve rasberry pi üzerinden sağlamıĢ oluyoruz. Havuz içerisindeki görüntüyü aktarmak için fpv kamera ve otonom görevlerde görüntü aktarımı için rasberry pi v2 kamerası kullanılmıĢtır.

12

ġekil 6 : Elektropnömatik Kontrol ġeması

Kompressörden hava servis ünitesi ile çıkıp pnömatik hortum aracılığı ile robota ulaĢan hava 2 adet solenoid valfe bağlıdır. Ġlkinin görevi selenoid yön kontrol valflerinden biri manipülatörün bağlı olduğu pistonun ileri geri kontrolünü sağlamaktır, diğer valf ise manipülatörün aracın sephiye noktasına göre X ekseninde hareketini sağlamak için pistonun kontrolü için kullanılmıĢtır. Pilotun kullandığı joystick aracılığı ile kontrol edilen pnömatik bir devre elemanıdır. Emniyet olarak kompresörde basınç valfi bulunmaktadır.

13 4.2. Aracın Mekanik Tasarımı

4.2.1. Mekanik Tasarım Süreci

Gedik Robotics Team, basit, güvenilir, verimli, uygun bütçeli bir tasarım elde etmeyi amaçlamıĢtır ve robotu bu Ģekilde tasarlamıĢtır. Su altında hareketini kolaylaĢtırmak ve görevleri en hızlı Ģekilde gerçekleĢtirmek için simetrik ve hidrodinamik bir yapıda imal edilmiĢtir.

Mekanik tasarımda öncelik olarak TEKNOFEST ĠNSANSIZ SU ALTI SĠSTEMLERĠ YARIġMASI Ģartnamesindeki sınırlara uymasına ve kurallara uygun olmasına dikkat edilerek baĢlanmıĢtır. Bu süreçte birçok tasarım yapılmıĢtır. Ancak yapılan tasarımlar birtakım özellikler bakımından birbirinden ayrılmaktadır.

Birinci tasarımda yapılan değiĢiklik tamamen ön tasarımda belirtilen tasarımda değiĢikliklerden olmuĢtur. Diğer robottan farklı olarak motorlar dıĢarıya doğru alınmıĢtır, boy, yükseklik ve eninde küçültmeler yapılmıĢtır, ikinci bir Enclosure eklenmiĢtir.

Ġkinci tasarımda birinci tasarımdan farklı olarak robotun etrafındaki boĢluklar kapatılmıĢtır ve robotun üstüne milli değerimizi yansıtan Türk Bayrağımız yerleĢtirilmiĢtir. Bu tasarım ilk tasarımda belirtilenden çok büyük farklılıklar oluĢturmamaktadır.

Tasarlanırken hiçbir yerden esinlenmeden, tamamen yaratıcı ve özgün olacak Ģekilde tasarlanılan nihai tasarım, diğerlerinden Ģu hususlarda ayrılmaktadır: Motor dıĢ frameleri tasarımla bütün hale getirilmiĢtir, 2 enclosure da robotun içine yerleĢtirilmiĢtir ve robotun su altında hareketini kolaylaĢtırmak üzere ön kısmında keskin olmayan sivrilik eklenmiĢtir ve büyük bir avantaj sağlanmıĢtır.

Her bir tasarıma analizler yapılmıĢ ve en verimli olan tasarım takım üyelerinin oy birliğiyle kararlaĢtırılmıĢtır.

14

 Ön tasarım raporu teknik resimleri:

ġekil 7: Ölçüleriyle Ön Tasarım Teknik Resmi

15

 Birinci tasarımın teknik resimleri :

ġekil 8: Ölçüleriyle Birinci Tasarım Teknik Resmi

16

 Ġkinci tasarım:

ġekil 9: Ölçüleriyle Ġkinci Tasarım Teknik Resmi

17

 Nihai tasarım:

ġekil 10: Kağıt Üzerine Çizilen Nihai Tasarım

ġekil 11: Son Tasarımın Teknik Resmi

18

Nihai olarak karar verilen tasarımın eklemeli imalat tekniğiyle baskı üretiminden görüntüler aĢağıda verilmiĢtir:

ġekil 12: Ġtici DıĢ Ġskelet ġekil 13: Ġtici DıĢ Ġskelet ġekil 14: Alt Montaj Parçası

ġekil 15: Alt Montaj Parçası

19 4.2.2. Malzemeler

ġekil 16: Robotun Alt Donanım Parçaları

20

 Aracın Ġskeleti

ġekil 17: Aracın Ġskeletinin 3 Boyutlu Görüntüsü

GeliĢtirilen su altı robotunun gövde yapısının konstrüksiyonu için dayanıklı ve hafif olacak Ģekilde malzeme seçimi yapılarak PLA filament malzemeden eklemeli imalat tekniği kullanılarak imal edildi.

Robotun dıĢ iskeleti için PLA filament kullanılarak 3 boyutlu yazıcıdan baskısı alınmıĢtır.

PLA‟nın basımı oldukça kolaydır. Sert bir yapıya sahiptir, dolayısıyla dayanıklı ve darbelere karĢı dirençlidir. Ġnsan sağlığına zararlı değildir. Soğuma esnasında kalkma ve çatlama sorunları ile karĢılaĢılmaz, maliyeti düĢüktür ve hafiftir. Bu gibi özelliklerinden dolayı robotun dıĢ iskeletinde tercih edilen bir malzeme olmuĢtur.

21

 Motor

ġekil 18: 320 KV Fırçasız Motor

320 KV Fırçasız Motor fırçasız bir elektrik motoru olup okyanusta kullanılmak üzere olarak üretilmiĢ. ROV ve AUV gibi robotik yüzey araçlarında kullanılmak üzere özel olarak tasarlanmıĢtır. Yüksek mukavemetli, UV dirençli polikarbon enjeksiyonla kalıplanmıĢ plastikten yapılmıĢtır. Motorun çekirdeği sızdırmaz epoksi kaplama ile korunmuĢtur ve tuzlu suda paslanabilen çelik yatakların yerine yüksek performanslı plastik yataklar kullanmıĢtır.

Robotunun su altında hareket edebilmesi için bir eyleyiciye ihtiyacı vardır. Dolayısıyla motorlar bu görevi yerine getirmektedir. 6 adet 320 KV Fırçasız Motor kullanılmıĢtır.

 Motor Pervanesi

ġekil 19:Özel Üretim Motor Pervane Tasarımı ġekil 20:Motor Pervanesinin Üretimi 320 KV Fırçasız Motorlar için pervane gerektiğinden 3 boyutlu tasarımı yapılarak motor pervanesinin baskısı eklemeli imalat tekniği kullanılarak alınmıĢtır. Pervaneler tıpkı aracın iskeletinde olduğu gibi PLA filament kullanılarak basılmıĢtır.

22

 Pvc Tüp

ġekil 21: Polikarbon ġeffaf Boru Teknik Çizimi ġekil 22:Özel Üretim Polikarbon ġeffaf Boru Elektronik kısmın muhafazası için iç çapı 114mm, dıĢ çapı 120mm, uzunluğu 390mm olan bir Polikarbon ġeffaf Boru tercih edilmiĢtir. Daha önce sahip olunan koruyucu muhafazanın ağırlığı fazla olduğu için ve hazır bir malzeme satın almak istemediğimiz için 470 gram Ģeffaf boru kullanıldı.

23

 IP68 Muhafaza Kutusu

ġekil 23 :IP68 Muhafaza Kutusu Teknik Çizimi ġekil 24: IP68 Muhafaza Kutusu Özel Üretim Tüp, sızdırmaz olup çeĢitli uç kapaklarından oluĢan modüler bir tasarımdır. Muhafaza, yüksek kaliteli, hassas iĢlenmiĢ parçalardan yapılmıĢtır ve montajı kolaydır. Muhafaza ünitesinde bulunan delikler sayesinde ünite iç basıncı istenilen ölçüde ayarlanabilir gerekli görüldüğü zaman içerisinde sıkıĢan hava serbest kalabilir. Bir kez kapatıldığında, suya karĢı yüksek bir basınçla sızdırmazlık sağlar.

Dahili elektronik aksamı takılıp çıkarıldığında, büyük bir hizalama pimi yardımıyla bu çıkarılabilir konektörlere bağlanabilir ve bağlantıyı kesmek için hizalanır.

 Esnek Gripper [3][4]

ġekil 25:Özel Üretim Esnek Gripper

Elastik TPU malzemeden katmanlı imalatla üretildiği için yüzeyi aktif tutucudur[8]. Tıpkı bir ahtapot kolu gibi her türlü cisim/yüzeyi rahatlıkla tutma ve kavrama imkanı verir. Görevleri eksiksiz tamamlayabilmek için en uygun gripper kol olarak (ġekil 25) karar verilmiĢtir.

24

 Ġzolasyon Köpüğü

ġekil 26: Ġzolasyon Köpüğü

LAST-A-FOAM® R-3318, su altında yüzerlilik sağlayan iĢlenebilir, hidrostatik basınca dayanıklı bir köpüktür. Kapalı hücreli yapı, suyun nüfuz etmesine dayanacak Ģekilde tasarlanmıĢtır. Birçok akıĢkan ve reçineye karĢı basınç dayanımı nedeniyle, reçine transfer kalıplamada çekirdek bir malzeme olarak da kullanılır. Robotun su altında dengelenmesini kolaylaĢtırmak için kullanılmaktadır.

4.2.3. Üretim Yöntemleri

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

 FPV Gözlük

ġekil 44: VR-007 FPV Gözlük

Eachine VR-007 FPV Gözlük (Goggles) sahip olduğu yapısı ile daha iyi menzil ve daha temiz görüntülerin aktarılmasını sağlar. 4.3 inch ekranı ile bize daha geniĢ ve 480x272 çözünürlüğünde görüntü sağlar.

 Anten

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.

4.3.2 Algoritma Tasarım Süreci

Otonom görevler için boyutsal olarak küçük ama yazılan programı çalıĢtırabilecek iĢletim gücüne sahip mini bir bilgisayara ihtiyacımız vardı. AraĢtırmalarımız bu doğrultuda bizi Raspberry pi (RSP) ile tanıĢtırdı. Kredi kartı büyüklüğünde olan mini bilgisayarımız Linux tabanlı çalıĢmakta olup Pyhton, Java, C ve C+ gibi yazılım dillerini de rahatlıkla çalıĢtırmaktadır.

RSP temel alan algoritma için yardımcı elemanlar olan pixhawk, sensörler ve yüzeyde robottan bağımsız bilgisayara ihtiyacımız bulunmaktadır. RSP sensörlerden aldığı verilerle motor kontrol kartımız olan pixhawk ile iticileri yönlendirmektedir. Yüzeydeki bilgisayar RSP‟ye ethernet üzerinde bağlantı kurup görevden önce yazılmıĢ olan programı çağırmak için kullanılıp, iĢlem tamamlandıktan sonra RSP ile bilgisayar arasındaki bağlantı kesilir.

Algoritma adımları otonom görevler doğrultusunda yazılım ekibi tarafından hazırlandı.

ĠĢleyiĢ adımları belirtilen kurallara uygun olarak konfigüre edildi. Algoritma tasarım adımları önceden yapılmıĢ olan otonom araçların algoritmaları incelenmeye baĢlandı. Bu doğrultuda kendi yazılım algoritamamızı (ġekil 52) belirtildiği gibi çıkardık.

42

ġekil 52 : Algoritma ġeması

4.3.3. Yazılım Tasarım Süreci

Otonom görevler arasında bulunan harf tanıma, Dumlupınar denizaltına en yakın konumda robotu konumlandırma ve çemberden temassız geçme görevleri için görüntü iĢleme kullanılmalıydı bu yüzden nesne yönelimi, yorumlamalı, birimsel ve etikileĢimli yüksek seviyeli bir programlama dili olan Pyhton tercih edilmiĢtir.

Diğer programlama dilleri tahmin edilebileceği üzere Python (C,C++,Perl,Ruby ve benzeri gibi) bir programlama dilidir. Tıpkı öteki yazılım dilleri gibi, önünüzde duran kara kutuya yani bilgisayara hükmetmenizi yani yönetmenizi sağlar.

Python dilinin öne çıkaran unsurlardan biri ise bilimsel yöntemlerde kullanılması ve çok hızlı iĢlem yapmasıdır. Bir baĢka yönden incelediğimizde Python ile Arduino,Raspi ve benzeri programlanabilir elektronik kartlar ile harika iĢler çıkardığını biliyoruz.

OpenCV, Python geniĢ kütüphanesinden eklenebilen görüntü iĢlemede kullanılabilen yazılım mühendisleri tarafından geliĢtirilen açık kaynak kodlu kütüphanedir. OpenCV kütüphanesi içerisinde görüntü iĢlemeye (image processing) ve makine öğrenmesine (machine learning) yönelik 2500‟den fazla algoritma bulundurmaktadır. Bu algoritmalar ile yüz tanıma, nesneleri ayırt etme, insan hareketlerini tespit edebilme, nesne sınıflandırma, plaka tanıma, üç boyutlu görüntü üzerinde iĢlem yapabilme, görüntü karĢılaĢtırma, optik karakter tanımlama OCR (Optical Character Recognition) gibi iĢlemler rahatlıkla yapılabilmektedir. Bu yüzden otonom görevler için tercih edilmiĢtir. Temel iĢleyiĢ adımları ġekil 53‟te gösterilmiĢtir.

43

ġekil 53: Yazılım iĢleyiĢ adımları 4.4. DıĢ Arayüzler

Raspberry pi B (RSP) ile motor kart sürücü (Pixhawk) RSP‟nin USB port giriĢiyle bağlantı kurulmaktadır. RSP bağlantısı kurulan Pixhawk, kontrol masası ile veri alıĢveriĢini Ethernet data aktarımıyla gerçekleĢmektedir. Alınan verileri derleyip görev için gerekli olan komutları QGroundControl programı içerisinde yapmaktadır.

Görevler için hazırlanan programlar Pyhton dili ile yazıldı. Yazılan program RSP‟nin içerisinde oluĢturulan klasöre yüklenmektedir. Kontrol masasında kullanacağımız bilgisayarda da oluĢturan klasöre eriĢilebilmektedir. Kontrol masasında kullanılan arayüz Windows 10 iĢletim sistemi kullanılmaktadır. Windows 10 iĢletim sistemi Microsoft Ģirketinin en güncel iĢletim sistemidir. Tüm uygulamalarla optimazyonu olan ve programlarla çalıĢabirliği en düst düzeydedir. QgroundControl arayüzü Bluerobotics mühendisleri tarafından geliĢtirilmiĢtir. Sensör verilerin okunması ve motorların konfigürasyonu (motorların konumlandırılması) Qgroundcontrol ile sağlanmaktadır.

Otonom görevler için açık kaynak olan Mavlink protokolünden yararlanıldı. Makine öğrenme dili olarak yaygın olarak kullanılan Python dili, açık kaynak olan MAVlink için de kullanılmıĢ. Piyasada açık kaynak olarak kullanılanılan yazılım paketlerinden en verimlisi. MAVlink yer kontrol istasyonlarında objenin hız, yönelim ve gps konumunun iletimini sağlayan bir message marshalling library‟dir. Birçok türevine benzer birtakım bit dizinleri vardır: yük boyutu, paket sekansı, sistem id'si, gönderici id'si, alıcı id'si, mesaj id'si, mesaj içeriği vb. Sualtı robotumuzla su üstü istasyonu böylelikle iletiĢime geçmektedir.

44

ġekil 54: Raspberry Terminal Kod Arayüzü

ġekil 55: QgroundControl Sistemi Main Out Parametreler

45

ġekil 56: QgroundControl Sistemi Motor Konfigürasyonu

46 5. GÜVENLĠK

Güvenlik konusu, Gedik Robotics Team‟ın daima ilk önceliğidir. Tüm takım üyeleri çalıĢma ortamında oluĢabilecek herhangi bir kazaya karĢı önceden Ġġ GÜVENLĠĞĠ eğitimi aldığı için sürece hazır bir Ģekilde yer alır. Takım üyeleri ĠĢ güvenliği protokollerini ve ihtiyaçlarını büyük bir titizlikle uygulamaktadır.

Gedik çalıĢma laboratuvarları, takım üyelerinin çalıĢmasına uygun güvenliği ve konforu sağlamaktadır. Laboratuvarlarda ilk yardım dolabı mevcuttur. Acil durumlarda ihtiyacı karĢılayabilecek tüm ekipmanlar içerisinde bulunmaktadır.

Robotun üzerinde ve kullanılan diğer tüm alanlarda uyarı etiketleri ve çıkartmalar (ġekil 57) kullanılmıĢtır. Kaza risklerini en aza indirmek için iĢ güvenliği analiz formları takım üyeleri tarafından kullanılmıĢtır

Takım üyeleri gereken zamanlarda kiĢisel koruyucu ekipmanlarını örneğin koruma gözlüğü, koruma eldiveni, kulak tıkacı, maske, can yeleği gibi ekipmanları çalıĢmalarına baĢlamadan önce mutlaka kullanılır.

YarıĢma Ģartnamesinde istenildiği gibi;

✔ Araç üzerinde ve kontrol istasyonunda acil durdurma butonu olacak Ģekilde robot tasarlanmıĢtır.

✔ Sızdırmazlık konusunda robot birçok teste tabi tutulmuĢtur.

✔ Araç üzerinde ve kullanılan diğer ekipmanların üzerinde uyarı çıkartmaları daima kullanılmaktadır.

✔ Tüm kabloların elektrik yalıtımı sağlanmaktadır.

✔ Tasarımlarımızda keskin noktalar ve sivri uçlar bulunmamaktadır.

✔ Araç üzerinde bulunan elektrik motorlarının suya karĢı izolasyonu vardır.

ġekil 57: Ekipmanlarda Kullanılan Uyarı Çıkartması

47

ġekil 58: T200 Motorunun Üzerine YapıĢtırılmıĢ Uyarı Çıkartması

ġekil 59: ÇalıĢmalar Sırasında Alınan Güvenlik Önlemleri

48 6. TEST

Gedik Robotics Team robotu oluĢturmadan önce her bir parçayı denemiĢtir. Her bir malzemenin dayanıklılığını hem fiziksel ortamda hem de dijital test ortamında incelemiĢtir. Bu Ģekilde havuz testinden önce diğer malzemelerin sızdırmazlığından emin olunmuĢtur. Havuz testlerinde izlenecek senaryo Ģu Ģekildedir:

1-Havuzun 2 metre uzaklığında olacak Ģekilde masa üzerine yer istasyonunun kurulması.

2-Havuzun içine yapılacak görevlere uygun olarak etapların kurulması.

3-Robotun son kontrollerinin yapılması.

4-Robotun suya atılması.

5-Kontrol ekibinin havuzu görmeyecek Ģekilde görevleri yerine getirmesi 6-Robotun sudan alınması.

7-Sudan alınan robotun tekrardan kontrollerinin yapılması.

8-Kontrol masasının, etrafın toparlanması ve havuz çevresi düzeninin sağlanması.

ġekil 60: DıĢ akıĢ etkisinde pervane gerilme dağılımı

Sonlu elemanlar analizleri ANSYS Fluid Flow (CFX) kullanılarak yapılmıĢtır. Robot dıĢ akıĢ analizi için geliĢtirilen sonlu eleman yapısı, üçgen ve dörtgen meshlerden oluĢturulmuĢtur. GeliĢtirilen model toplam 78442 eleman ve 14696 düğümden meydana gelmektedir.

49

ġekil 61: Statik Yük Altında Enclosure Gerilme Analizi

Özel tasarım enclosure statik yüklü 250 N kuvvet altında tasarımın desteğe yakın çok küçük bölgesinde maksimum değeri 1.698MPa olarak bulunmuĢtur. Bu sayede yapılan gerilme analizinin sonucunda kabul edilebilir bir sonuç elde edilmiĢtir.

50

ġekil 62 :Statik Yük Altında Enclosure Güvenlik Faktörü Analizi

Özel tasarım enclosure 250 N kuvvet altında güvenlik faktörün analizinde minimum değeri 15 olarak bulunmuĢtur. Bu sayede güvenlik analizi sonucunda sekizin üzerinde çıkarak malzeme sağlamlığı yüksek olan bir sonuç elde edilmiĢtir.

ġekil 63: Enclosure Üzerine Yapılan Kuvvet Testi

Üzerine yük binen Enclosure belli bir noktadan sabitlendiğinde uygulanan kuvvet noktasına göre bükülmeler olup olmadığı test edildi. Herhangi bir bükülmeyle karĢılaĢılmadı.

51

Ġsim Maximum

Güvenlik Faktörü

Safety Factor (Per Body) 15 Gerilme

Von Mises 1.698 MPa

1st Principal 2.287 MPa

3rd Principal 0.9479 MPa

Normal XX 1.228 MPa

Normal YY 1.147 MPa

Normal ZZ 2.255 MPa

Shear XY 0.2656 MPa

Shear YZ 0.06289 MPa

Shear ZX 0.2062 MPa

Yer DeğiĢtirme(ġekil DeğiĢtirme)

Total 0.5412 mm

X 0.005992 mm

Y 0.1026 mm

Z 0.005992 mm

Tepki Kuvveti

Total _{143.6 N}

X 66.3 N

Y 81.49 N

Z 102.2 N

ġekil 64: Enclosure Statik Analiz Değerler

52

ġekil 65: Statik Yük Altında Ġticilerin Gerilim Analizi

Analiz sonuçları statik yük altında yapıda oluĢan gerilme dağılımı bakımından incelendiğinde robotun üzerinde motor bağlantı yuvasıyla gövde arasına dikey yönde tork uygulanmıĢtır ve gerilim seviyesi maksimum 0.2503 MPa ölçülmüĢtür. Elde edilen gerilme değerleri su altı robot üzerindeki yapıda kullanılan malzemelerin akma gerilmeleri altında olduğundan emniyet sınırları içerisinde olduğu görülmüĢtür. Yapılan analiz sonucunda, modelin kritik noktalarında meydana gelen basınç değerlerine göre robot gövde yapısının tasarımsal uygunluğu teyit edilmiĢtir.

ġekil 66 : Fırçasız Motor Thrust Testi

Tasarımlarını ve analizlerini yaptığımız farklı değerdeki (hatve, pal sayısı, geniĢlik) pervanelerin motorlara montajı yapılarak elde edilen thrust değerlerini ve çektiği akım değerlerinin testini yaptık. Ventilasyon ve kavitasyon kayıplarınının thrust etkisini ölçmek için aynı tip pervane üzerine fiziki hasar meydana getirerek ölçümler sağladık. Bu testin videosunu da Gedik Robotics Team Youtube kanalından paylaĢtık [4].

https://www.youtube.com/watch?v=_ggh8vCSC2w&feature=youtu.be

53

ġekil 67: Brushless Motor Thrust Testi Değerleri

Ġsim Maximum

Güvenlik Faktörü

Safety Factor (Per Body) 15 Gerilme

Von Mises 0.2503 MPa

1st Principal 0.204 MPa 3rd Principal 0.02279 MPa

Normal XX 0.05634 MPa

Normal YY 0.09379 MPa

Normal ZZ 0.2037 MPa

Shear XY 0.0323 MPa

Shear YZ 0.07978 MPa

Shear ZX 0.03875 MPa

Yer DeğiĢtirme(ġekil DeğiĢtirme)

Total 0.001534 mm

X 5.546E-04 mm

Y 0.001434 mm

Z 1.823E-04 mm

Tepki Kuvveti

Total 4.726 N

X 1.169 N

Y 1.099 N

Z 2.538 N

ġekil 68: Ġticilerin Statik Analiz Değerleri

54

ġekil 69: Esnek Tutucunun Sudaki Testi

Tasarımı ve üretimini yapılan Esnek Tutucunun su altınd4 barlık basınç testini baĢarıyla tamamlamıĢtır.

ġekil 70: Elektronik Devre Kartı Kontrol Testi

Tasarlanan ve baskısı alınan devre kartının çalıĢıp çalıĢmadığı kontrol edildi ve kullanıma hazır hale geldi.

55 7. TECRÜBE

ĠĢ güvenliğinin çok önemli bir faktör olduğu bu süreçte daha net anlaĢıldı. Öncelikle bireysel güvenlik önlemleri alınmıĢtır daha sonra çalıĢma ortamının güvenliği sağlanmıĢtır. Gerekli iĢ ekipmanlarını (koruma gözlüğü, eldiven vs.) gerektiği yerde kullanabilme tecrübesine sahip olunduğu için herhangi bir iĢ kazası yaĢanmamıĢtır.

Su altı robotunda elektronik kompenentlerin muhafazası için kullanılan Enclosure‟un su altında yapılan testlerde içine su girip girmediğini kontrol etmek için dıĢarı çıkartmak durumunda kalmak zaman kaybettirdiğinden Enclosure içine Leak sensör ekleyerek bu soruna çözüm getirildi. Leak sensör, enclosure içine su girdiğinde data bilgisinde arayüzde göstermektedir, dolayısıyla istenildiği takdirde güç kesilebilir hale gelmektedir. Bu sensör elektronik donanımın zarar görmemesini sağlamakta ve malzeme tasarrufu elde edilmektedir.

Teknofest 2018 yarıĢmasında FPV kamerayı dikeyde kontrol edilebilen servo motorunu joystick üzerindeki tuĢ ile kontrol edilmekteydi. Önceki yarıĢmalarda pilotumuzun kafasına aparat ile tutturulmuĢ olan 6 eksenli bir adet IMU ile pan-tilt mekanizması ile sürülmüĢtür.

YarıĢmadan sonra pilotun yaĢadığı zorluklardan biri enclosure içerisindeki kameranın sabit olmaması ve durmadan sallanması sonucu net görüntü alamamıĢ ve bu durum yarıĢmadaki zamanlamada olumsuz yönde karĢımıza çıkmıĢtır. Kameraya bağlı olan servo motoru 3B yazıcıdan baskı alınmıĢ parçaya oturtulmuĢ, kusursuz ve net bir görüntü elde edilmiĢtir. Eski halinde olan sorunların çözümü için revizyona gidilmiĢtir ve bu sorunlar minimuma indirgenmiĢtir.

Enclosure testleri sonucunda elde edilen bir diğer tecrübe ise ön cama takılan alüminyum parçada 2 adet oring olması sızdırmazlık noktasında bize maksimum yarar sağlaması için bu sayıyı 3'e çıkartarak sızdırmazlık sınırının artması sağlandı.

Tasarımın üretim malzemesine ilk olarak alüminyum 6000 serisi olarak karar verilmiĢti ancak fiyatı pahalı olduğundan bunun yerine PLA Filament malzemesini kullanarak hem daha ucuz hem daha mukavemetli bir sistem tasarımı yapılması sağlandı.

56 8. ZAMAN, BÜTÇE VE RĠSK PLANLAMASI

8.1. Zaman Planlaması

Zaman planlaması çizelgesinde istediğimiz akıĢta çalıĢmalarımıza devam etmekteyiz.

ġekil 71: Zaman Çizelgesi

57 8.2. Nihai Bütçe Planlaması

Ürünleri yeniden kullanarak ve çeĢitli sponsorluklar bütçede minimum harcamaya gidilmiĢtir.

MALZEME TEDARĠK MĠKTAR HERBĠR

FĠYAT(₺) TOPLAM FĠYAT(₺)

MEKANĠK ALT SĠSTEMĠ

3 Boyutlu ġasi Sponsordan Tedarik

Edildi 1 Adet --- ---

3 Boyutlu Baskı Sponsordan Tedarik

Edildi 40 Adet --- ---

Esnek Gripper Yeniden Kullanıldı 2 Adet --- ---

Pnömatik Hortum Sponsordan Tedarik

Edildi 100 m --- ---

Konnektör Tedarik Edildi 12 Adet 65 910

Vakum Portu Yeniden Kullanıldı 1 Adet 10 10

Brushless Motor Yeniden Kullanıldı 6 Adet 930 5600

ELEKTRĠK- ELEKTRONĠK ALT SĠSTEMĠ

Güç ve HaberleĢme Kablosu

Sponsordan Tedarik

Edildi 1 Adet --- ---

Kamera Alıcısı Tedarik Edildi 1 Adet 180 180

Güç Modülü Yeniden Kullanıldı 1 Adet 160 160

Kamera Vericisi Tedarik Edildi 1 Adet 150 150

Motor Sürücü Tedarik Edildi 6 Adet 125 750

Kamera Tedarik Edildi 1 Adet 200 200

KONTROL ALT SĠSTEMĠ

Pixhawk Yeniden Kullanıldı 1 Adet 600 600

Lipo Yeniden Kullanıldı 1 Adet 900 900

FPV Gözlüğü Yeniden Kullanıldı 2 Adet 500 1000

Kontrol Kumandası Yeniden Kullanıldı 1 Adet 100 100

Basınç Sensörü Yeniden Kullanıldı 1 Adet 375 375

Raspberry Pi 3b Tedarik Edildi 1 Adet 260 260

Pistonlar Sponsordan Tedarik

Edildi 2 Adet --- ---

Solenoid Valf Sponsordan Tedarik

Edildi 3 Adet --- ---

Konvertör Tedarik Edildi 6 Adet 450 2918

Arduino Nano Tedarik Edildi 1 Adet 22 22

Tedarik Edilen

Toplam Net Miktar Toplam : 5.390 ₺

ġekil 72: Nihai Bütçe

58 8.3. Risk Planlaması

Gedik Robotics Team büyük bir titizlikle risk planlaması yapmıĢ ve uygulamıĢtır.

GEDĠK ROBOTICS TEAM RĠSK PLANLAMASI

KiĢisel Koruyucu Ekipmanlar

✔ Can Yeleği

✔ Koruma Gözlüğü

✔ Koruma Eldiveni

✔ Maske

✔ Kulak Tıkacı

Ortam Tehlikeler Denetimler

Atölye(ÇalıĢma Esnasında)

Fiziksel(Göz, Parmak, Cilt..)Hasarları *KiĢisel Koruyucu Ekipmanları kullanmak.

Yangın *Yangın söndürücü bulundurmak.

Kimyasal Madde *Ortamda havalandırma olmalı.

Elektrik Çarpması *Topraklama hattının olması gerekiyor.

Test Ortamları

Fiziksel(Göz, Parmak, Cilt..)Hasarları *KiĢisel Koruyucu Ekipmanları kullanmak.

Havuz Testinde Boğulma, DüĢme, Kayma

*Can yeleği kullanmak.

Elektrik Çarpması * YalıtılmıĢ kablolar kullanmak.

YanlıĢ Kablo Bağlantısı *Kısa devreyi önlemek için tüm elektrik bağlantılarını kontrol edin ve sigortayı kontrol etmek.

ġekil 73: Risk Analizi

59 9. ÖZGÜNLÜK

Gedik Robotics Team Su altı teknolojilerine araĢtırma ve geliĢtirme olarak katkı sağladığı insansız su altı robotuyla özgünlüğü en önemli kriter olarak görmüĢtür. Bu doğrultuda baĢta tüm alt sistemlerin ( fiziksel, elektrik\elektronik, kontrol\yazılım) yapımları Gedik Robotics Team‟a aittir. Ve bu alt sistemleri oluĢturan elemanları üretmek ve yapılan satın alma masraflarını en aza indirme gayretiyle çalıĢma performansı gösterilmiĢtir.

Koruyucu muhafaza (Enclosure) için yerli üretime baĢvurulmuĢtur. Bu sayede yurt dıĢından satın alınmadan ülkemizdeki imkanlardan yararlanarak hem kaliteli hem de hafif bir enclosure sahibi olunmuĢtur. Ayrıca enclosure tutucusu için tasarımı yapılarak 3 boyutlu yazıcıdan baskı alınmıĢtır. Enclosure ön ve arka kapak için alüminyum 6000 serisinden üretim yapılarak enclosure pvc dome kısmına ve arka kablo giriĢine entegre edilmiĢtir.

Robottan havuz dıĢına gelen kablo sayısı bire düĢürülmüĢ ve robotun taĢıdığı kablo ağırlığı da içerisindeki pnömatik hortum sayesinde azaltılmıĢtır. Ġçerisinden geçen 2x1.5 güç kablosu da TEKNOFEST ĠNSANSIZ SU ALTI YARIġMA Ģartnamesinde belirtilen 48V 15A güç sınırını rahatça taĢıyabilecek kapasitededir. Pnömatik hortum, kullandığımız gripper sistemindeki hava kaynağını havuzun dıĢından robota iletilmesi için gerekli ve iç çapı 4, dıĢ çapı 6 olması da gayet uygundur. Kablonun içerisinden geçirdiğimiz 14 tane veri kablonun 8 adeti ethernet çıkıĢı, 1 adet ortak GND, 2 adet servo motor, 1 adet FPV kamera , kalan son 1 per (2 adet) veri kablosu da yedek olması koĢulu ile üretilmiĢtir.

Gedik Robotics Team, diğer yıllardan farklı olarak ilk defa bu yıl robotunda, 3 boyutlu yazıcıdan baskı alarak robotun dıĢ iskeletini oluĢturmuĢtur. Bu sayede yerlileĢmek adına büyük bir adım atılmıĢtır.

Robotun manuel görevler için kontrol kısmında yenilikçi ve profesyonel bakıĢ açısıyla hazırlanılan Pan-Tilt mekanizması(operatörün kafa hareketine göre kameranın görüĢ açısının değiĢmesiyle yönlendirilebilen ve FPV gözlüğe aktaralabilme özelliği) özgünlüğü sağlamaktadır.

Robotik tutucu sistemi eklemeli imalat olup esnek filament üç boyutlu yazıcıdan üretilmiĢ ve elektropnömatik sistemden oluĢmuĢ olması diğer özgünlükleri arasında yer almaktadır.

320 KV Fırçasız Motor için pervanelerin teknik çizimi yapılarak 3 boyutlu yazıcıdan baskısı alınmıĢtır. Her bir pervanelerin motorlara montajı yapılarak elde edilen thrust değerlerini ve çektiği akım değerlerinin testi yapılmıĢtır. Yapılan bu test bize araĢtırma ve geliĢtirme sürecinde yol gösterici olmuĢtur.

60 10. REFERANSLAR

[1] Manzanilla A., Reyes S., Garcia M., Mercado D. and Lozano R. (2019). Autonomous Navigation for Unmanned Underwater Vehicles: Real-Time Experiments Using Computer Vision, IEEE Robotics and Automation, 4(2)1351-1356 doi: 10.1109/LRA.2019.2895272

[2] Ahmad M. et al. (2019). Remotely Operated Underwater Vehicle (ROV) Using Wireless Communication Protocol over a Floating Unit. In: Arai K., Bhatia R., Kapoor S. Proceedings of the Future Technologies Conference (FTC) Springer

[3] Dilibal S., Tabanli RM., Dikicioglu A. (2004). Development of shape memory actuated ITU Robot Hand and its mine clearance compatibility. Journal of Materials Processing Technology, 155156, 1390-1394., Doi: 10.1016/j.jmatprotec.2004.04.221

[4] Dilibal S., Candas C., Sahin H. Akışkan basıncı tahrikli esnek robotik tutucu sistemi, Patent, 2018/0474.

[5] https://www.youtube.com/watch?v=_ggh8vCSC2w&feature=youtu.be