:: İTÜ SAVUNMA TEKNOLOJİLERİ KULÜBÜ :: İnsansız Hava Araçları Ve Quadrotorlar Özen ÖZKAYA Elektronik Mühendisliği 3. Sınıf Öğrencisi

:: İTÜ SAVUNMA TEKNOLOJİLERİ KULÜBÜ :: İnsansız hava araçları hakkında; İnsansız hava araçları günümüz dünyasında önemli askeri sistemlerden biri olarak yer almaktadırlar. Kullanım alanlarından bazılarını şöyle sıralayabiliriz: Keşif Üs Koruma İstihbarat Saldırı Arama Kurtarma Özen ÖZKAYA Elektronik Mühendisliği 3. Sınıf Öğrencisi

:: İTÜ SAVUNMA TEKNOLOJİLERİ KULÜBÜ :: İnsansız hava araçlarında aranan özellikler; Ekonomik olmalı Pay – load’ı yüksek olmalı Manevra kabiliyeti yüksek olmalı Saldırı amaçlı kullanımda silah montajına uygun olmalı Tamamen stabil çalışmalı Mümkün olduğunca küçük olmalı Özen ÖZKAYA Elektronik Mühendisliği 3. Sınıf Öğrencisi

:: İTÜ SAVUNMA TEKNOLOJİLERİ KULÜBÜ :: Quadrotorlar hakkında; Quadrotor, dört rotorlu bir hava aracı dır. Diğer bir ismi de Quadrocopterdir. Quadrotor, uzun yıllar önce gündeme getirilen ancak o dönemde yeterince ilgi bulamayan , daha sonra özellikle askeri alanda aranan bir araçtır. Bu gün pek çok ülkenin ordusu bu sistemlerden yararlanmaktadır. Özen ÖZKAYA Elektronik Mühendisliği 3. Sınıf Öğrencisi

:: İTÜ SAVUNMA TEKNOLOJİLERİ KULÜBÜ :: Çalışma prensibi hakkında: Quadrotorlar sıfır-moment, sıfır-tork prensibili ile çalışırlar. Otonom ya da yarı otonom olarak kontrol edilirler. Klasik helikopterden farklı olarak 4 motor da kaldırma ve yön verme işlemlerinde eş sorumluluğa sahiptir. Kontrolü en zor olan sistemlerden biridir ve karmaşık navigasyon sistemleri gerektirir. Özen ÖZKAYA Elektronik Mühendisliği 3. Sınıf Öğrencisi

:: İTÜ SAVUNMA TEKNOLOJİLERİ KULÜBÜ :: Proje Şeması Mekanik Aerodinamik Kollar Ana hazne Motorlar Sensörler Elektronik Güç Haberleşme Kontrolör Navigasyon Yazılım Motor Kontrol Özen ÖZKAYA Elektronik Mühendisliği 3. Sınıf Öğrencisi

:: İTÜ SAVUNMA TEKNOLOJİLERİ KULÜBÜ :: Karşılaşılan problemlerden bazıları: Ağırlık Kontrol zorlukları Enerji yönetimi Navigasyon Haberleşme Elektronik uyumluluk Kararlılık Faydalı yük sorunu Mukavemet Motor seçimi ve motorların tamamen eş olmaması Geometrik problemler Simülasyon zorluğu Filtreleme İşaret işleme ve aktarma Gerçek zamanlılık Özen ÖZKAYA Elektronik Mühendisliği 3. Sınıf Öğrencisi

:: İTÜ SAVUNMA TEKNOLOJİLERİ KULÜBÜ :: Projenin bir fotoğrafı: Özen ÖZKAYA Elektronik Mühendisliği 3. Sınıf Öğrencisi

:: İTÜ SAVUNMA TEKNOLOJİLERİ KULÜBÜ :: Tasarım sebepleri: Quadrotor projesi, oldukça kararsız bir sistemi kontrol edecek yüksek seviye kontrol özellikleri taşıması gereken ve herhangi bir ihmal halinde çok büyük sorunları doğurabilecek bir sistemdir. Dört rotorlu bir uçan sistem, bir veya iki rotorlu helikopterlere göre daha karmaşık kontrol özelliklerine gereksinim duymaktadır. Bunun nedenlerinden biri de dört rotorlu bir sistemin her motorunun farklı sinyallerle ancak çok ince bir uyum içinde hareket ettirilmesi zorunluluğudur. Bir quadrotorun istikrarlı şekilde dengelenebilmesi için 4 motorun da eşit miktarda kaldırma kuvveti uygulaması gerekir. Ayrıca yine kararlı bir denge için motorların momentlerinin sıfırlanması gerekir. Sistem bunun için her motora, sensörlerden aldığı verilere göre farklı sinyaller yollamak zorundadır. Bir quadrotorun tasarımı kontrolü bizim için arkasında son derece düzenli, planlı ve kararlı şekilde durulması gereken bir çalışmadır. Bu çalışmanın bize kazandıracakları şüphesiz tek rotorlu bir sistemden çok daha fazla olacaktır. Bir quadrotor, tek veya iki rotorlu araçlara göre çok daha çevik şekilde hareket edebilmektedir. Quadrotorun herhangi bir yöne hareket etmesi için ayrıca bir yönelim yapması gerekmez, quadrotorun ön tarafıyla arka tarafı arasında bu manada herhangi bir fark yoktur. Bu da kullanım alanlarında büyük faydalar sağlamaktadır. Bir quadrotorda her motor denge ve hareket konusunda eş seviyede sorumluluğa sahiptir. Oysa diğer helikopterlerde genellikle rotorlar daha özel görevler üstlenirler. Örneğin biri çekiş sağlarken diğeri yönelimi sağlayabilir.  Tüm bu özellikleriyle quadrotor zorlu yapım aşamaları içeren bir proje olduğunu belli etmektedir.  Gerek donanımsal, gerek yazılımsal, gerekse mekanik analizleri ilerleyen bölümlerde görebilirsiniz. Özen ÖZKAYA Elektronik Mühendisliği 3. Sınıf Öğrencisi

:: İTÜ SAVUNMA TEKNOLOJİLERİ KULÜBÜ :: Motorlar: Motor seçimi için iki farklı alternatif motor gurubumuz mevcut. Bunlardan biri DC hız motorları diğer ise fırçasız motorlar. DC motor olarak düşünülen alternatif, 12 Volt’luk, 13–15 amperlik bir motor idi. Kobalt, fırçalı bir DC motorun ilk alternatif olarak düşünülmesinin sebeplerinden biri kontrol kolaylığıdır. Bu tür motorları PWM sinyalleriyle kolaylıkla kontrol edebiliriz. Bu tür motorlar hobi amacıyla üretilen uçan araçlarda en yaygın kullanım alanına sahip motorlardır. Ayrıca fırçasız motorlara göre çok düşük maliyetli olmaları sebebiyle de önemli bir alternatifimiz DC motorlardır. Bu motorların ortalama ağırlıkları 65 gram kadar olup, her bir motor yaklaşık 350 gram kadar yük taşıyabilmektedir. İkinci alternatifimiz olan fırçasız motorlar ise DC motorlara göre çok daha hafif ve çok daha hızlı olmalarıyla dikkat çekiyorlar. Anca fırçasız motorların çok fazla akım çekmesi ve zor kontrol edilmesi bu alternatifi seçilmesi zor konuma itiyor. Proje esnasında biz fırçasız motor kullandık. Motorun özellikleri ise kısaca şöyle: 1550 RPM 5-9 A çalışma akımı Max. verim: %80 Akım kapasitesi:12A/60 s 11 V için yük kapasitesi 550 gram Özen ÖZKAYA Elektronik Mühendisliği 3. Sınıf Öğrencisi

:: İTÜ SAVUNMA TEKNOLOJİLERİ KULÜBÜ :: Pervaneler Uçtan uca 10 inç yani 25,4 santimetre uzunluğunda olan pervaneler genel olarak bu projelerde en yaygın kullanılan pervanelerdendir. Bunlardan iki tanesi saat yönünde yapılacak dönüş için çekici, ikisi de saat yönünün tersi yönde yapılacak dönüş için itici pervane olmalı. Pervaneleri seçerken hücum açısını çok derin tutmamaya dikkat edilmelidir. Pervanelerin genel olarak karbon fiberden yapılmış olması tercih edilir. Bunun alternatifi olarak kastamid ya da kompozit kabuk gibi maddeler de kullanılabilir ancak hafifliği, dayanıklılığı ve aerodinamik şekle getirilişinin kolaylığı nedeniyle karbonfiberi öncelikli alternatif olarak düşünmekte yarar vardır Özen ÖZKAYA Elektronik Mühendisliği 3. Sınıf Öğrencisi

:: İTÜ SAVUNMA TEKNOLOJİLERİ KULÜBÜ :: Kollar Tasarlanacak bir quadrotorun kolları, yeterince sert, hafif ve dayanıklı olmalıdır. Seçim yaparken belirlememiz gereken en önemli kriterler bunlar olmalıdır. Bu kollar motorların, motor kutularının ve ana haznenin ağırlığına dayanabilmeli, bununla beraber motorlara fazla yük olmamalıdır. Ağirlık/dayanıklılık oranlarına bakıldığında karbon fiber hemen en iyi alternatif olarak göze çarpıyor. Çubukların kalınlığı, ağırlığı en düşük seviyede tutabilmek için mümkün olduğunca küçük seçilmelidir. Projemizde, her kolun uzunluğu 10 inç yani 25 santimetre olarak tasarlandı ve uygulandı. Bu uzunluk seçimini yapmamızın en önemli sebebi, pervanelerin rahatça dönebileceği kadar alan oluşturarak; çarpışmaları veya diğer bir pervanenin etkisiyle oluşabilecek türbülansları önlemektir. Tabi ki ortaklaşa çalıştığımız kurumun istekleri de bu seçimde önemli bir etkendi  Özen ÖZKAYA Elektronik Mühendisliği 3. Sınıf Öğrencisi

:: İTÜ SAVUNMA TEKNOLOJİLERİ KULÜBÜ :: Batarya Projenin enerji ihtiyacını karşılayacak batarya seçimi yapılırken dikkat edilmesi gereken en önemli kıstas ağırlık / güç bilgileridir.Araştırmalarımız sonucu bizim için en iyi alternatifin lityum polimer piller olduğu sonucuna vardık. Bu piller, aynı enerjiyi veren diğer pillere göre çok daha pahalılar, ancak güç/ağırlık oranın en iyi olduğu pil grubu olmaları nedeniyle bu proje için en uygun bataryalar lityum iyon piller olacaktır. 12 Volt’luk ve 1300 mA’lik bir pil bizim tasarımımız için yeterli oldu. Tercih ettiğimiz pilin ise ağırlığı yaklaşık olarak 110 gram idi. Özen ÖZKAYA Elektronik Mühendisliği 3. Sınıf Öğrencisi

:: İTÜ SAVUNMA TEKNOLOJİLERİ KULÜBÜ :: Merkez Bölge Quadrotorun merkez bölgesi, sensörlerin, elektronik aksamın ve pilin bulunduğu bölgedir. Bu bölüm quadrotorun dört motorundan daha alçakta kalacak şekilde tasarlanır. Bunun nedeni ise ağırlık merkezini daha aşağıda tutarak sistemin kararlılığını artırmaktır. Bu bölümün hazırlanmasında lazerli kesim aletlerinin veya benzer sistemlerin kullanılması birçok sorunun önüne geçecektir. Bunun nedeni ise bölgeyi kapatan haznenin şeklinin bazı açılı boşluklar içermesidir( örneğin ufuk sensörü için). Dolayısıyla bu açıların düzgün şekilde işlenmesi büyük önem arz etmektedir. Bu bölgenin ana maddesi olarak da termoplastik polimer kullanılabilir. Bunun sebebi ise bu maddenin iyi bir dayanıklılık/ağırlık oranına sahip olmasıdır. Alternatifi olarak; karbon fiber, sert köpük ya da kompozit kabuk kullanılabilir. Özen ÖZKAYA Elektronik Mühendisliği 3. Sınıf Öğrencisi

:: İTÜ SAVUNMA TEKNOLOJİLERİ KULÜBÜ :: Motor Tutucular     Motor tutucular, motorları karbon fiber kollarla birleştirmek için kullanılırlar. Termoplastik polimerden üretilmeleri dayanıklılık/ağırlık oranı açısından faydalı olacaktır. Karışık yapılarından dolayı hazır kesim makinelerinde üretilmeleri daha uygun olur. Özen ÖZKAYA Elektronik Mühendisliği 3. Sınıf Öğrencisi

:: İTÜ SAVUNMA TEKNOLOJİLERİ KULÜBÜ :: Elektronik şeması: Mikrodenetleyici IMU RF GPS Güç Kontrolörü Motor Sürücüsü ADC Magnetometre Özen ÖZKAYA Elektronik Mühendisliği 3. Sınıf Öğrencisi

:: İTÜ SAVUNMA TEKNOLOJİLERİ KULÜBÜ :: Kontrol şeması: PID KONTROLÖR Kalman Filtresi RF Driver GPS driver Motor Driver PWM üretici ADC yazılımı Sensor fusion Özen ÖZKAYA Elektronik Mühendisliği 3. Sınıf Öğrencisi

:: İTÜ SAVUNMA TEKNOLOJİLERİ KULÜBÜ :: Özen ÖZKAYA Elektronik Mühendisliği 3. Sınıf Öğrencisi

:: İTÜ SAVUNMA TEKNOLOJİLERİ KULÜBÜ :: Malzeme lisetesi linkleri: Motorlar : 4 x $9.80 : http://www.himodel.com/electric/1450KV_HiModel_Outrunner_Brushless_Motors_W_Prop_adapter_Type_A2208_14.html IMU: 130 $ http://www.sparkfun.com/commerce/product_info.php?products_id=837 3 gyro: 3 x 30$ http://www.analog.com/en/prod/0%2C2877%2CADXRS300%2C00.html   4 adet LİPO pil: 4 x 13,72 $ http://www.himodel.com/electric/HiModel_860mAh_11.1V_20C_Lithium_Polymer_Battery_Pack_W_balancer.html 4 adet ESC 4x  $10.26 http://www.himodel.com/electric/HiModel_FLY_Seires_Brushless_Speed_Control_Type_FLY-12A.html Özen ÖZKAYA Elektronik Mühendisliği 3. Sınıf Öğrencisi

:: İTÜ SAVUNMA TEKNOLOJİLERİ KULÜBÜ :: 16 tane Pervane ( 8 clockwise, 8 counterclockwise ): 8 x  $0.70   http://www.himodel.com/plane/GWS_GW_EP7035_178x89_Direct_Drive_Propeller.html 1 adet Futaba max boy FM kontrolör (9 kanal): $512.50   http://www.himodel.com/radios/35Mhz_Futaba_9CHP-PCM_Super_9-Channel_Radio_Control_System_W_R149DP_4x_S3001.html 1 adet LİPO pil şarj aleti  : $74.78 http://www.himodel.com/electric/DN_Power_Micro-Controlled_LiPo_Li-ion_Balance_Charger_w_LCD_Display.html Özen ÖZKAYA Elektronik Mühendisliği 3. Sınıf Öğrencisi

:: İTÜ SAVUNMA TEKNOLOJİLERİ KULÜBÜ :: Sabırla dinlediğiniz için teşekkürler… Özen ÖZKAYA Elektronik Mühendisliği 3. Sınıf Öğrencisi