1
2
İçindekiler
1. RAPOR ÖZETİ ... 3
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 ... 11
4.1 Sistem Tasarımı ... 11
4.2 Aracın Mekanik Tasarımı ... 13
4.2.1 Mekanik Tasarım Süreci... 13
4.2.2 Tasarıma Ait Analizler ... 18
4.2.3 Araç Tasarımına Ait Teknik Resimler ... 20
4.2.4 Malzemeler ... 24
4.2.5 Üretim Yöntemleri ... 27
4.3 Fiziksel Özellikler ... 28
5 Elektronik Tasarım, Algoritma ve Yazılım Tasarımı... 28
5.1 Elektronik Tasarım Süreci ... 28
5.2 Algoritma Tasarım Süreci ... 35
5.3 Yazılım Tasarım Süreci ... 40
5.4 Dış Arayüzler ... 43
6. GÜVENLİK ... 44
7. TEST ... 45
8. TECRÜBE ... 46
9. ZAMAN, BÜTÇE VE RİSK PLANLAMASI ... 48
10. ÖZGÜNLÜK ... 51
REFERANSLAR ... 54
3 1. RAPOR ÖZETİ
Kritik Tasarım Raporunda Ön Tasarım raporundan farklı olarak yeni bir tasarım üzerine uğraşıp verim elde edilmeye çalışıldı. Ön tasarımın montaj sıkıntı ve şasenin esnemesi yeni bir tasarım ihtiyacını ortaya çıkardı. Aracın ön ve final tasarımları arasındaki farklar tasarım programının analiz yöntemini kullanılarak görülmüştür.
Final Tasarımı Ön Tasarım gibi lazer CNC üretim yöntemini tercih etmiştir ve aracın malzeme türü lazer CNC’de kestirilen pleksglas seçilmiştir. Maliyet düşürme amacıyla araçta kendi iticilerimiz (thrusterlar) kullanılacaktır ve maliyet açısından itici motorların bağlandığı kısımlar kendi tasarladığımız pleksi malzemeden olucaktır. Araçta iki tane ana kısım vardır bunlardan birinci kısım motorların ESC’leri ve güç dağıtım merkezi ikinci kısım olarakta Raspberry Pi ve kameralardan oluşmaktadır
Aracın sızdırmazlık elemanı olarak sıvı conta ve slikon kullanılacaktır.Aracın kontrolü manuel görevlerde arduino otonom görevlerde ise Raspberry Pi eşlik edecektir. Aracın yazılım olarak C++ ve Python kullanılacaktır. Python görüntü işleme görevini üstlenirken C++ aracın kontrolünü üstlenecektir. Aracın güç dağıtım için ayrıca PCB kartı tasarlanacaktır ve gerekli olduğu zamanda araç için kumanda tasarlanacaktır.
4 2. TAKIM ŞEMASI
2.1 Takım Üyeleri
5 2.2 Organizasyon Şeması ve Görev Dağılımı
6
3. PROJE MEVCUT DURUM DEĞERLENDİRMESİ
Şekil 3.1 Aracın Ön Tasarım Raporundaki Tasarımı
Şekil 3.2 Aracın Final Tasarımı
Cezeri adlı Sualtı Aracımızın ön tasarım raporundaki ilk hali Şekil 3.1’deki gibidir. CAD ortamında sorunsuz olan ilk tasarım üretim aşamasında Takıma bazı sıkıntılar çıkarmıştır.
Takımımızın Tasarımcıları ekip üyeleriyle toplantı yaparak araç üzerinde iyileştirme çalışmaları yapıldı.
7 Araçta Yapılan Değişiklikler :
1. Tasarımda boyut olarak küçülmeye gidildi. Şekil 3.1’deki araç yaklaşık 4 kg ağırlığa sahipti. Aracın şase olarak dar olması ve sivri kenarın fazla olması tasarımı küçülmeye doğru yöneltti. Şekil 3.2’deki yeni tasarımda araç yaklaşık 2 kg ağırlığa sahipti. Şasenin genişliği sayesinde sivri olan kenar sayısının aracın içinde kalmıştır.
2. Takımın tasarım ekibinin yaptığı analizler sonucu Şekil 3.1’deki aracın su içerisinde rahat gidemeyeceği anlaşılmıştır ve yeni tasarım üretilmeye başlanmıştır. Şekil 3.2’deki son tasarımın su içerisinde rahatlıkla gidebileceği takımın tasarım ekibinin yaptığı analizler sonucu ortaya çıkmıştır.
Şekil 3.3 İlk Tasarım Hız Analizi
8
Şekil 3.4 Son Tasarım Hız Analizi
3. Ön Tasarımın şasesini toplarken bazı sorunlar ile karşılaşıldı bu sorunların başlıca sebebi aracın Tasarım özelliğinden kaynaklanmaktadır. Sorun aracın malzeme koyulacak olan pleksiglas kutunun içinde kutu bulunmasıdır. Bu olay montaj esnasında sıkıntılara yol açmaktadır ve sürdürülebilir olmamaktadır.
Şekil 3.5 Ön Tasarım Kutu Modeli
9
4. Bu sorunun çözümü ise Son Tasarımda kutu içinde kutu modelinden vazgeçilerek tek bir dikdörtgen kutu modeline geçildi. Yapılan su testi ile modelin su geçirip geçirmediği test edildi.
Şekil 3.6 Kritik Tasarım Kutu Modeli
5. Aracın Son Tasarımında İlk Tasarımdan farklı olarak aracın şasesine sigma profil eklendi böylece araç mukavemet açısından güçlendirilmiştir. İlk Tasarımda ise şaseyi herhangi bir şekilde tutacak yapı bulunmaktadır.
Şekil 3.7 Ön Tasarım (sol) ve Kritik Tasarım (sağ) Şasesi
10
6. Ön Tasarım Raporundan farklı olarak bazı malzeme değişikliklerine gidildi bu sebepten dolayı aracın maliyetinde bir değişme oldu.
Malzeme İsimleri Miktar Fiyat
Raspberry Pi 4 1 ₺476,53
Raspberry Pi soğutucu blokları 2 ₺7,28
16 GB SD Kart 1 ₺21,90
Raspberry Pi Kamera 1 ₺227,72
Emax Xa2212 980 KV 4 ₺74,28
80 Pin Jumper Kablo 2 ₺3,85
Arduino Mega 1 ₺79,34
MPU6050 1 ₺9,45
Su Altı Led 6 ₺16,80
Acil Durum Butonu 2 ₺50
Su Altı Mesafe Ölçüm Sensörü 3 ₺238,84
Elektrik Kablosu 1 ₺31,90
Usb kamera 1 ₺158,68
Sıvı Conta 1 ₺5,49
Usb uzatma kablosu 2 ₺230,00
Pleksi Kesim İşlemi 1 ₺150,00
₺1.782,06
Şekil 3.8 Kritik Tasarım Maliyet Tablosu
Parça ismi Miktar Türkiye Fiyatı
Raspberry pi 3 B+ 1 ₺296,00
Rpi Kamera 1 ₺181,73
Usb kamera 1 ₺133,13
Motorlar 4 ₺375,00
Sürücüler 4 ₺321,08
Röle 4 ₺5,06
Arduino uno 1 ₺24,91
mpu 6050 1 ₺11,08
Led aydınlatma 1 ₺2,80
₺1.350,79
Şekil 3.9 Ön Tasarım Maliyet Tablosu
11 4. ARAÇ TASARIMI
4.1 Sistem Tasarımı
Şekil 4.1 Araç ve Su üstü kontrol sistemi diyagramı
1) Raspberry Pi 4 Model B
Raspberry sistemin ana kontrolcüsü olarak kullanılacaktır. Raspberry Pi’ye Ubuntu Mate kurularak işlemlerin daha hızlı ve satabil çalışması amaçlanmaktadır. Arduino ile haberleştirerek aracın hareket kontrolleri sağlanacaktır.
2) Arduino
Aracın konumunu, hareketini ve sensörlerin kontrolünü yaparak Raspberry Pi’ye bildirecektir. Aynı zamanda motorların kontrolünü yapacaktır.
3) Su Altı Mesafe Sensörü
Bu sensörler ile aracın konumunu algılaması amaçlanmaktadır. Ayrıca bu sensörden aldığımız veri ile aracın havuzun duvarlarına çarpmasını engellenecektir.
12 4) MPU6050
Bu sensör ile gyro verilerini öğrenip aracın doğrultusunu düzenlenmesi amaçlanmaktadır.
Böylece aracın dengede kalması sağlanmaktadır. İvme verilerini kullarak aracın konum değerlerini takip etmesi amaçlanmaktadır.
5) DC-DC dönüştürücü
Bu dönüştürücü ile 48 V gelen gerilim 12V ve 5 V değerlerine düşürülüp sistemde kullanılmaktadır. Ayrıca dönüştürücü devresinde girişlerde ve çıkışlarda sigortalar bulunmaktadır.
6) Raspberry Pi – Kamerası
Bu kamera otonom görevlerde aracın gözü olacaktır. Aracın yönlendirilmesi ve görevlerin tamamlanması için kullanılacaktır.
7) ESC
ESC ile fırçasız dc motorlar kontrol edilmektedir.
8) Motor
Motorlar ile Araç istenilen yönde hareket ettirilmektedir.
9) PC
Araç kontrol istasyonu PC olacaktır. Araç PC’ye yazılan yazılım ile manuel kontrol edilecektir. Ayrıca otonom görevler için başlatma komutları buradan yollanılacaktır.
10) Kamera
Manuel görevler için bu kamera kullanılacaktır. Otonom görevlerde de kameradan görüntü alarak araç izlenecektir.
11) Acil durduma butonları
Aracın acilen durdurulması için gerekli olan anahtarlamayı sağlayacaktır.
12) Sd kart
Raspberry Pi için depolama alanı sağlayacaktır.
13) Güç kaynağı
Araca gerekli olan gücü aktaran eleman.
13
Şekil 4.2 Aracın su üstü kontrol istasyonu
Su üstü kontrol istasyonu programında aracın tüm verileri alınmaktadır. Araca istenilen komutlar gönderilebilmektedir. Otonom görevler için başlatma komutu yollanabilmektedir.
Araç otonom göreve başlarsa bitirme komutu hariç herhangi bir komut almamaktadır. Manuel görevlerde araca komutlar klavyeden tuşlara basılarak otomatik gönderilmektedir. Aynı zamanda USB kamera ile araçtan görüntü alınmaktadır.
4.2 Aracın Mekanik Tasarımı
4.2.1 Mekanik Tasarım Süreci
1. Tasarım modelleri literatür araştırması ve olası modellerin tespiti.
2. Olası modeller üzerinden fikir alış verişi yapılarak araç tasarımının belirlenmesi.
3. Araç tasarımı belirlendikten sonra hangi parçanın hangi üretim yöntemi ile üretileceğine karar verilmesi.
4. Aracın genel taslağı bittikten sonra CAD bilgisayar ortamına aktarılması.
5. CAD ortamında iyileştirmeler yapılması.
6. Ön Tasarım modelinin şasesinin toplanması. Toplanan şasenin kusurları ve bu kusurların belirlenmesi.
7. Elde edilen bilgiler ışığında yeni bir tasarım için CAD ortamında çalışmalara başlaması.
8. Tasarımın üretim için hazır hale getirilmesi. CNC ve 3D üretim yöntemleri ile aracın şase kısmının üretilmesi.
14
Şekil 4.3 Aracın 1.Tasarımı Şekil 4.4 Aracın 2. Tasarımı
Şekil 4.5 Aracın Ön Tasarımı
Şekil 4.6 Aracın Final Tasarımı
15
Şekil 4.7 Aracın Final Tasarımı Sol Görünüş
Şekil 4.8 Aracın Final Tasarımı Ön Görünüş
16
Şekil 4.9 Aracın Final Tasarımı Üst Görünüş
Şekil 4.10 Final Tasarımın görünüşleri
Final Tasarımının seçilme sebebi Ön Tasarımın şase sorunu olmasıdır. Motor yuvalarının şasenin içinde iyi konumlanamaması ve şasenin esneme yapması sebebiyle yeni bir tasarıma geçildi. Final tasarımında şasesinin mukavemeti ve rijitliği sağlanmıştır. İtici motorların şasenin içinde gömülü olması sebebiyle aracın devrilme sorunları azaltılmıştır.
17 Aracın fotoğrafları:
Şekil 4.11 Final Tasarımı Üretim Sonrası Resimleri
18 4.2.2 Tasarıma Ait Analizler
1. Hız analizi:
Şekil 4.12 Final Tasarım Yatay Hız Analizi
Şekil 4.13 Final Tasarım Düşey Hız Analizi
19 2. Basınç analizi:
Şekil 4.14 Final Tasarım Yatay Basıç Analizi
3. Yoğunluk:
Şekil 4.15 Final Tasarım Yatay Yoğunluk Analizi
20 4.2.3 Araç Tasarımına Ait Teknik Resimler
Şekil 4.16 Final Tasarımı Motor Kutusu
Şekil 4.17 Final Tasarımı Şase
21
Şekil 4.18 Final Tasarımı Malzeme Kutusu
Şekil 4.19 Final Tasarımı Kamera Kutusu
22
Şekil 4.20 Final Tasarımı Motor Tutacakları
Şekil 4.21 Final Tasarımı Gripper
23
Şekil 4.22 Final Tasarımı Araç Tasarım
24 4.2.4 Malzemeler
Ana gövde için uzun süren araştırmalar sonucunda birden fazla malzeme ve üretim yönteminin birleşiminden oluşan bir gövde oluşturmaya karar verildi. Bunlar 3B Baskı(plastik), Lazer Kesim (pleksiglas) ve şaseyi ayakta tutacak olan profillerdir. Bu malzemelerin kullanım alanları ve seçilme sebepleri aşağıdaki başlıklarda detaylı bir şekilde belirtilmiştir.
Pleksiglas:
Estetik, şeffaflık ve malzemelerin korunması için pleksiglas malzemesi seçildi. Bu seçim ile Malzeme üretimi kolaylaştırıldı.
Şekil 4.23 Final Tasarımı
Filament:
Aracın motor tutacaklarını üretmek için PLA malzemesi kullanılmaya karar verildi.
Şekil 4.24 Filament ve Motor Tutacağı
25 Gijon mil:
Gripper tutacaklarına monte edilip kolayca açılıp kapanmasını sağlamak amacıyla tercih edildi.
Şekil 4.25 Gijon mil
Pleksiglas yapıştırıcı:
Pleksiglas malzemelerinin birbirini tutturulması ve sudan yalıtılması için bu yapıştırıcı kullanıldı.
Şekil 4.26 Yapıştırıcı
Pnömatik rekor:
Pnömatik sistemde hava kaçışı olamaması için boru bağlantı yerlerine bu malzeme kullanılacaktır. Böylece kablo bağlantı yerlerine rekor koyularak kabloların arasından su geçmesi önlemiş olunacaktır.
Şekil 4.27 Pnömatik Rekor
26 Dc Motorlar:
Araçta 4 motor kullanılarak kontrol sağlanılacaktır. bunlar 2 ileri-geri ve 2 aşağı-yukarı olmak üzeredir. Motor KV değeri düşük olandan seçilmiştir bunun sebebi KV değeri düştükçe torkun artmasıdır. Böylece aracın tork ihtiyacından dolayı düşük KV’li motorlar iş görecektir.
Şekil 4.28 Fırçasız Dc Motor
Motor, XA 2212 820 KV değerinde olan motor seçildi hesaplar sonucu motorun 2 kg/cm torka sahip olduğu belirlendi.
Sigma Profil:
Aracın şasesinin esneme yapmaması ve montaj esnasında bir kemik iskelete sahip olması amacıyla sigma profil kullanıldı.
Şekil 4.29 Sigma Profil ve Araç iskeleti
27 Pnömatik boru:
Aracın elektrik kabloları bu borular içinde geçerek Pnömatik rekorlarla birleşerek su geçişini önlemiş olacaktır .
Şekil 4.30 Pnömatik boru
4.2.5 Üretim Yöntemleri
Takım 2 farklı üretim tekniği kullanmıştır. Bunlar lazer CNC ve 3B Baskı yöntemidir.
Lazer CNC yöntemi :
Lazer CNC yönteminin kullanılma sebebi üretim kolaylığı ve zamandan tasarruftur.
Şekil 4.31 Lazer CNC
28 3B Baskı Yöntemi:
Motorun tutma yerleri ve pervaneler 3B Baskı Yöntemi ile üretilecektir.
Şekil 4.32 Motor tutacağı ve 3B yazıcı
4.3 Fiziksel Özellikler
Özellikler
Aracın ismi Cezeri
Uzunluğu 519,75 mm
Genişliği 306 mm
Yüksekliği 203 mm
Toplam yüzey alanı 1368994,59 mm2
Toplam Ağırlığı 2318,61 g
Hacmi 1712824,12 mm3
4.33 Fiziksel Özellikler Tablosu
5 Elektronik Tasarım, Algoritma ve Yazılım Tasarımı
5.1 Elektronik Tasarım Süreci
Aracın elektronik tasarım süreci 3 aşamadan oluşmaktadır:
1-Gerekli kompenentlerin ve enerji taşıma kablolarının hesabı ve seçimi.
2-Merkezi besleme noktasından gelen gerilimin uygun gerilime dönüştürülmesi.
3-Data hatları için uygun haberleşme protokolünün seçimi ve testi.
İlk aşamada tespit edilen malzemelerin satın alınıp donanımsal ve yazılımsal özellikleri test edilecektir, akabinde ise montaj kısmına geçilecektir.
29
Kablo gerilim düşümü hesabına göre 8 AWG kablo kullanılacağı hesaplanmıştır. Araca gelen 48v gerilimide hazır bir dc dc buck konverter ile 12v a düşürüp kullanmayı hedeflemekteyiz.
RASPBERRY Pİ 4
Özellikle otonom görevi için güçlü bir kontrol kartı seçmek adına hem ekonomik hem de kullanım kolaylığı açısından raspberry pi 4 seçildi. Raspberry pi4 ün temel özellikleri 1.5 GHz dört çekirdekli ARM Cortex-A72 CPU, 4GB RAM, Gigabit Ethernet. Aracın kontrolünden çok görüntü işleme kısmı için bu kartın kullanılması hedeflenmektedir.
Şekil 5.1 Raspberry pi 4
Arduino Mega
Görüntü işleme işi çok ciddi işlem kapasitesi gerektirdiği için o kısımı raspberry pi kullanarak yapmayı hedeflemekteyiz. Kontrol kısmını ise arduino nano kullanarak yapmayı hedefliyoruz. Bu sayede raspberry pi ın işlem yükünü azaltıp bir kısmını arduinoya yaptırmış olacağız. Neden arduino sorusunun cevabı ise yine kullanım kolaylığı ve efektif çalışabilmesidir.
Şekil 5.2 Arduino Mega
30 Acil Stop Butonu
Aracın üst kısmında bulunacak olan acil stop butonu sayesinde herhangi bir acil durumda basılarak ana besleme hattının gerilimini kesecektir ve dolayısıyla araca elektrik akışı kesilmiş olacaktır. Bu butonu plastikten tercih ettik çünkü metal olması durumunda sudan dolayı korozyona uğrayacaktır. Ancak klemens vidaları metal olduğu için gerekli bağlantıları yaptıktan sonra epoksi reçine ile metal noktaları da kapatacağız
Şekil 5.3 Acil Durum Butonu
Fırçasız Motor Sürücü
FVT LittleBee 20A fırçasız motor sürücü(ESC) içerisinde bulunan mikrokontrolcü ile bilgisayardaki arayüğz programı ile programanıp geerekli konfigrasyon yapıldıktan sonra son derece efektif bir şekilde çalışmaktadır. Birçok sualltı aracı takımı çift yönlü çalışan esc alamayı tercih ediyor. Ancak biz maliyeti düşürmek adına nomrla bier esc alıp röle ile kendimiz çift yönlü hale getirmeyi hedeflemetkeyiz. Bu esc kullanacağımız motorlar için uygun güce sahiptir ve esv hanesinde sudan koprunacak şekilde duracaktır.
Şekil 5.4 ESC
31 Fırçasız Motor
Tasarladığımız thrusterlara tahrik gücünü veren motor 800kva brushless dc motordur.
Bu motor tipini seçmemizin ana sebebi ise sargılarının vernik kaplı olması ve şasesinin aluminyum olması ile beraber sudan etkilenmemesidir.
Şekil 5.5 Fırçasız Dc Motor
MPU 6050 Gyro Sensör
MPU-birçok projede sıklıkla kullanılan üzerinde 3 eksenli bir gyro ve 3 eksenli bir açısal ivme ölçer bulunduran 6 eksenli bir IMU sensör kartıdır. Her eksende 16bit çözünürlükte çıkış verebilmektedir. Aracımızın yan atmaması ve ya ters dönmemesi için pid kontrol ile kullanmayı hedeflemekteyiz. Mikrokontrolür ile I²C haberleţmesi ile çalýţmakta olup en ufak elektromanyetik alandan etkilenmektedir. Bu sorunu da su altý aracımızın modüle tasarımı sayesinde aşmayı hedeflemekteyiz. Modüler tasarımın bize en büyük katkısı motorlar ve sürücüler kontrol modülünden uzakta konumlandırılmış durumda, dolayısı ile herhangi bir elektromanyetik alandan etkilenme durumu söz konusu olmayacaktır.
Şekil 5.6 Gyro Sensör
32 Klemens Modülü
Arduino nano klemens shield ve raspberrpi klemens shield ile arduinonun pinlerinden çıkan kabloları kolayca ve güvenli bir şekilde çevre birimlere iletmeyi hedefliyoruz. ikinici aşamada ise kendi anakartımızı tasarlamayı hedeflemekteyiz.
Şekil 5.7 Klemens Modülü
Su Sensörü
Bu sensörü kendimiz elektrot mantığı ile yapmayı hedeflemekteyiz. Aracımızın modüler yapısından dolayı he modüle bu sensörden koyup herhangi bir ıslanma anında aracı su yüzeyine çıkacak şekilde programlamayı hedefliyoruz. Basit bir direnç yardımı ile bu sensörü üretip doğru kablolama ile efektif çalışır hale getireceğiz.
Şekil 5.8 Su Sensörü Modülü
DC DC Buck Dönüştürücü
Ana besleme noktasından gelen 48V gücü 12V a dönüştürecek modül. Bu dc dc buck dönüştürücü su altı aracımız için uygun gerilimi bize sağlayacaktır. 150w olan ve üzerinde bulunan ayar potu sayesinde 0-60v DC girişi 0-30v DC çıkışa çevirmektedir.
%95 verimlilikele çalışmakta olup kendi yapacağımız fanlı soğutma ile destekleyeceğiz.
Şekil 5.9 DC DC Dönüştürücü
33
Şekil 5.10 Aracın Blok Şeması
Şekil 5.11 Aracın Kontrol Kartı
34
Şekil 5.12 Aracın Elektronik Sistem Şeması
35 5.2 Algoritma Tasarım Süreci
5.1 Araç Kontrol Sistemi Mesaj Algoritması
Araç kontrol sisteminde Şekil 5.1’deki algoritma tasarlandı. Algoritmada eksiklikler olduğu belirlendi ve algoritma iyileştirildi .
36
Şekil 5.2 Araç Kontrol Sistemi Mesaj Algoritması
Bu algoritma ile Kontrol istasyonundan Raspberry Pi’ ye veri yollanacaktır. Yollanan bu verilere göre Raspberry Pi motorları harekete geçirecektir.
37
5.3 Hareket algoritması
Bu algoritmada A değişkeni döngünün devam edebilmesi için gerekli olan şartı barındırmaktadır. B değişkeni ise adım sayısını belirtir bu değişken istenirse kolayca değişebilecek şekilde tasarlandı.
38
5.4 Navigasyon Algoritması
Navigasyon algoritması iki doğrulama ile çalışmakta en başta gerekli verileri okuyup kendi konumunu belirlemekte daha sonra ise hareketlerine göre konum verileri değiştirmektedir. Bu algoritma gerekli çalışmalar ve birebir denemeler sonucu değişebilir.
39
5.5 Güdüm Algoritması Tasarımı
Güdüm algoritması havuzu tarama ve cisim algılama üzerine kurulu , bu algoritma aracın testlerinde gözlemlenen sonuçlara göre geliştirilecektir.
Cisim algıla işlemlerinde Fast R-CNN ve R-CNN gibi cisim algılama işlemlerinde kullanılan sistemleri kullanmayı amaçlıyoruz.
40 5.3 Yazılım Tasarım Süreci
Araç navigasyon sistemi için iki farklı yöntemimiz bulunmakta bu iki farklı yöntem navigasyon sisteminin daha güvenli ve daha sürdürülebilir hale getirmektedir.
1.Sistem
Araç su içerisinde 3 eksende mesafe ölçümü yapacak ve hareketlerine göre bu mesafe değerleri değişecek buna göre araç kendi konumunu bulabilecektir. (Not:Kırmızı çubuklar 3 eksende mesafe ölçümünü temsil etmektedir)
Şekil 5.6 Örnek sensör yerleşimi 2.Sistem
Aracın içerisinde gyro-sensör bulunmaktadır gyro-sensör ile alınan veriler işlenerek aracın tam ve doğru konumu öğrenilecektir. 1.sistemden alınan veriler başlangıç verisi olacak bu verilere gyro-sensörden gelen veriler ile destekleme yapılarak aracın kendi konumunu bulması sağlanacak. Araç bu sistemden aldığı veriler ile göreve göre su içerisini otomatik olarak tarayacak.
41
Şekil 5.7 Harf Tanıma
Harf tanıma işleminde Pytesseract kütüphanesini kullanmaktadır. Bu kütüphane hızlı olması, donanımı zorlamaması ve kolay kurulumu nedeniyle seçildi. Threshold yaparak görüntüyü daha az karmaşık hale getirdik. Gördüğünüz üzere bu yazılım ile A harfi bilgisayar tarafından algılanmıştır. Geliştirdiğimiz bu yazılım bir resmi farklı açılardan 10 defa okumakta ve en fazla hangi harf çıktı verildiyse sonuç olarak o harf alınmaktadır. Böylece hata oranı en aza indirilmektedir.
42
Şekil 5.8 Harf Konum Bulma
Şekil 5.9 Harf Konum Bulma Geliştirilmiş Versiyon
Harf konum bulma yazılımı Harf Tanıma işleminin bütün bir resimde yapılarak donanımın zorlanmasını engellemek amacıyla geliştirilmiştir. Bu yazılım ile harf konumları bulunmakta ve resimden parçalar halinde kesilmektedir bu parçalar Harf Tanıma Yazılımına ayrı ayrı verilerek çıktılar alınmaktadır.
43 5.4 Dış Arayüzler
Aracın dış arayüzü C# Form Application ile oluşturulacak olup seri haberleşme kütüphanesinden yararlanılacaktır. Bu platformu tercih etme sebeplerimiz ise yaygın olarak kullanılması, sürükle bırak metodunun hızı ve çok ayrıntılı olmasıdır. Arayüzde ise kamera ekranı, kontrol paneli için joistik ikonları, gyro sensörden alınan değerlerin gösterilmesi, nem sensörlerinden alınan bilgilerin ekranda gösterilmesi acil stop butonu ikonu ve gripper joystick ikonu yer alacaktır.
Şekil 5.10 Kontrol İstasyonu
44 6. GÜVENLİK
Araçta herhangi bir aksaklık ve olası bir müdahale durumunda aracın gücünü kesmek için acil durum butonu kullanılacaktır
Şekil 6.1 Acil Durum Butonu
Aracın motor ve pervanelerini herhangi zarar ve darbeden korumak amacıyla motorlara etrafını çevreleyen kutu tasarlandı.
Şekil 6.2 Motor Kutuları
Aracın sivri kenarları ve diğer parçaların kenarları herhangi bir zarar verilmemesi için şaseye radyüs yapılarak diğer parçalarda şaseye gömüldü.
Şekil 6.3 Aracın Şasesi ve Parçaların Konumları
45 7. TEST
Aracın Final Tasarımın malzeme kutularına su testi yapıldı ve kutuların su geçirgenlikleri test edildi. Testten geçemeyen malzemeler ise sızıntı yerlerine ilgili yapıştırıcı uygulanarak tekrar aynı teste maruz bırakıldı.
Aracın malzeme kutularının kapaklarında su geçirmemesi ve acil bir durumda açılması için kapaklara sıvı conta testi yapılmıştır.
Şekil 7.2 Sıvı Conta Testi Şekil 7.1 Malzeme Kutusu Su Testleri
46 8. TECRÜBE
Araç yapılırken birçok yerlerde hatalar yapılmıştır bunlardan biri ön tasarımın malzeme kutusu bir biri içerisinde iki kutuydu CAD ortamında herhangi bir sorun gözükmezken aracı gerçek ortaya çıkarıldığında kutuların birbirine geçmediği görülmüştür.
Şekil 8.1 Test Aşaması
Bu sorunun çözümü birbiri içinde kutular şeklinden tek bir kutu ve izolasyonu yapılmış bir kutu modeline geçmekti malzeme israfını önleyerek ve su geçirgenliğini tehlikeye atmayarak yeni bir kutu modeline geçildi .
Şekil 8.2 Tasarlanan Yeni Kutu Modeli
Diğer bir karşılaşılan sorun ise ön tasarımın şasesinin yeterince sağlam olamaması, şasenin esneme yaparak yer değiştirme yapması ve aşağı yukarı motorların şasenin altında kalarak ulaşım ve müdahale imkanını zorlaştırması.
47
Şekil 8.3 Esneme yapan şase
Şasenin esnemesini önlemek için final tasarımında sigmalardan şaseye iskelet yapıldı.
Şekil 8.4 Final Tasarımı İskelet yapısı
Bu tecrüben yer alarak aracın motorlarını Final Tasarımında merkeze konuşlandırarak müdahale imkanı kolaylaştırılmış oldu .
48
Şekil 5.7 de ki yazılımın sistemi yorabilmesi nedeni ile Sistemi daha az yoracak bir algoritma araştırıldı fakat kullanılan yazılımın geliştirilmesi planlandı. Bunun üzerine yazılıma sadece harflerin konumunu algılayacak bir tasarım geliştirilerek eklendi .
9. ZAMAN, BÜTÇE VE RİSK PLANLAMASI
Malzeme İsimleri Miktar Fiyat
Raspberry Pi 4 1 ₺476,53
Raspberry Pi soğutucu blokları 2 ₺7,28
16 GB SD Kart 1 ₺21,90
Raspberry Pi Kamera 1 ₺227,72
Emax Xa2212 980 KV 4 ₺74,28
80 Pin Jumper Kablo 2 ₺3,85
Arduino Mega 1 ₺79,34
MPU6050 1 ₺9,45
Su Altı Led 6 ₺16,80
Acil Durum Butonu 2 ₺50
Su Altı Mesafe Ölçüm Sensörü 3 ₺238,84
Elektrik Kablosu 1 ₺31,90
Usb kamera 1 ₺158,68
Sıvı Conta 1 ₺5,49
Usb uzatma kablosu 2 ₺230,00
Pleksi Kesim İşlemi 1 ₺150,00
Toplam : ₺1.782,06
Şekil 9.1 Kritik Tasarım Maliyet Tablosu
Şekil 8.5 Ön Tasarım (sol) Final Tasarım (sağ) motor konumları
49
Şekil 9.2 Zaman Çizelgesi
50
Şekil 9.3 Risk Raporu
51 10. ÖZGÜNLÜK
Şekil 10.1 Final Tasarımı
Aracın modüler yapısı sayesinde üzerinde yapılacak değişiklikleri çok hızlı bir şekilde imkan sağlamaktadır. Aracın önemli kısımlarından bir diğeride şase üzerinde bulunan ray üzerinde yatay itici motorların konumunu istenilen bir şekilde ayarlanabilmesidir.
Şekil 10.2 Aracın manipülatörü
Aracın manipülatör kısmında havalı olan bir manipülatörü içine redürtörlü bir dc motor ve ona kaplin ile bağlı bir gijon mil ile hareketini yapılması düşünülmektir
52
Şekil 10.3 Konum Algılama Yazılımı
Şekil 10.4 Konum Algılama Algoritması Geliştirilmiş Versiyon
Aracın yazılım tarafında da çalışmalar yapıldı. Yazılımda harf tanıma işleminde bütün görüntüde harf aramaktadır. Bu işlem donanımı zorlayabilmektedir. Bunun üzerine harflerin bulunduğu konumu belirleyen bir algoritma tasarlamaya karar verildi. Cornerharris algoritmasıyla görselin nokta yoğunluğu belirlendi. Bu yoğun olan noktalar kendi tasarladığımız algoritma ile tespit edildi ve Şekil 10.3 üzerinde görüldüğü üzere kareler çizildi.
Algoritmanın daha başarılı çalışması için yerel bölgelerde yoğunlaşan karelerin bir büyük kareye alınması için çalışma yapıldı. Şekil 10.4’de görüldüğü üzere algoritma başarılı bir şekilde geliştirildi
53
Aracın kamerası için geliştirilecek olan bu kamera ayağı kumanda kontrolü ile kameranın açısı değiştirir ve böylece aracın kamera pozsiyonunu el ile müdahale kontrolünü ortadan kaldırır
Şekil 10.5 Kumanda Kontrollü Kamera Ayağı
54 REFERANSLAR
1. https://docs.opencv.org/3.2.0/d5/d69/tutorial_py_non_local_means.html 2. https://docs.opencv.org/master/da/d56/group__text__detect.html#gsc.tab=0
3. https://www.pyimagesearch.com/2018/09/17/opencv-ocr-and-text-recognition-with- tesseract/
4. https://www.pyimagesearch.com/2018/09/17/opencv-ocr-and-text-recognition-with- tesseract/
5. https://www.learnopencv.com/deep-learning-based-text-recognition-ocr-using- tesseract-and-opencv/
6. https://docs.opencv.org/3.1.0/d9/d61/tutorial_py_morphological_ops.html 7. https://docs.opencv.org/3.1.0/dd/d49/tutorial_py_contour_features.html 8. https://www.learnopencv.com/deep-learning-based-text-recognition-ocr-using- tesseract-and-opencv/
9. https://github.com/ro6ley/python-ocr-example
10. https://www.pyimagesearch.com/2014/07/21/detecting-circles-images-using-opencv- hough-circles/
11. https://stackoverflow.com/questions/16533078/clone-an-image-in-cv2-python 12. https://dlnmh9ip6v2uc.cloudfront.net/datasheets/Components/General%20IC/PS- MPU-6000A.pdf
13. https://github.com/search?q=python+ocr
14. https://github.com/ybur-yug/python_ocr_tutorial
15. https://www.teachmemicro.com/arduino-pid-control-tutorial/
16. https://www.udemy.com/deep-learning-ve-python-ileri-seviye-derin-ogrenme-52/
17. https://www.udemy.com/deep-learning-ve-python-adan-zye-derin-ogrenme-5/
