teknofest İstanbul havacilik, uzay ve teknolojİ …zeynep arslan merhaba, ben zeynep arslan....
TRANSCRIPT
1
TEKNOFEST İSTANBUL
HAVACILIK, UZAY VE TEKNOLOJİ FESTİVALİ
İNSANSIZ SU ALTI SİSTEMLERİ YARIŞMASI
KRİTİK TASARIM RAPORU
TAKIM ADI: BAUROV
YAZARLAR: KAĞAN KAPICIOĞLU, BURAK UÇAR,
ARDA AKGÜL, BATUHAN EKİN AKBULUT, ZEYNEP
ARSLAN, ELİF ÖZOĞLU, MEHMET KOÇ, BERKE
KANLIKILIÇ, ENİS GETMEZ
2
İçindekiler
Rapor Özeti……………………………………………………………………………………3
Takım Şeması……………………………………………………………………………..4 – 8
Takım Üyeleri……………………………………………………………..……….5 – 6
Organizasyon Şeması ve Görev Dağılımı………………………………..…………….9
Proje Mevcut Durum Değerlendirmesi……………………………………………...……..10
Araç Tasarımı…………………………………………………………………………..10 – 58
Sistem Tasarımı...…………….………..……………………………..………….10 – 16
Aracın Mekanik Tasarımı…...………………………..………………………….17 – 23
Mekanik Tasarım Süreci..……………………………………………………..17
Görev Analizi……………………………………………………………18 – 19
Mekanik Tasarım……………………………………...…………………19 – 23
Malzemeler………………………………………………………………..…….24 – 27
Üretim Yöntemleri………………………………………………………………27 – 30
Fiziksel Özellikler…………………………………………..…………...............31 – 33
Elektronik Tasarım, Algoritma ve yazılım Tasarımı…………………..………..33 – 57
Elektronik Tasarım Süreci…………………...……………………...…...33 – 45
Algoritma Tasarım Süreci…………………………………………...………..46
Yazılım Tasarım Süreci………………………………………………….46 – 57
Dış Arayüzler…………………………………………………………………………58
Güvenlik……………………………………...…………………………………………58 – 61
Test ………………………………………………...…..………………………….……61 – 63
Tecrübe…………………………………………..……………………………………..64 – 65
Zaman Bütçe ve Risk Planlaması……………………………………………………..66 – 68
Özgünlük…………………………………………………………...…………………...69 – 73
Referanslar……………………………………………………………..……………………74
3
1. RAPOR ÖZETİ
BAUROV, 2017 yılında endüstriyel ve araştırma sektörleri içerisinde yüksek kaliteli ve düşük
maliyetli “uzaktan kumandalı su altı araçları” (ROV) üretme misyonuyla kurulmuştur.
BAUROV, çeşitli ihtiyaçlara cevap verebilen ve adapte olabilen ROV'ları üretmek için istekli,
teknik beceri ve deneyime sahip sekiz mühendislik öğrencisinden oluşan bir takımdır.
Takımımız KaplumBot2’yi geliştirirken çeşitli uzmanlık alanlarına göre ayrılan ve paralel
çalışan dört farklı departmana (İşletme, Mekanik, Elektronik ve Yazılım) ayrılmıştır. Bunun
yanında her bir takım üyesi sadece kendi departmanı ile değil diğer departmanlarla da
ilgilenmektedir. Buna bağlı olarak her bir üye tüm departmanların görevlerini ve
sorumluluklarını bilmekte; olası bir durumda farklı bir departmanda aktif olarak
çalışabilmektedir.
KaplumBot2, Bahçeşehir Üniversitesi BAUROV takımı üyeleri tarafından TEKNOFEST
İnsansız Su Altı Sistemleri Yarışması için tasarlanan ve yarışma komitesi tarafından verilen
şartnameye uygun olarak görevleri yerine getirebilen bir “uzaktan kumandalı su altı aracıdır”.
Ayrıca KaplumBot2, robotun emniyetli bir şekilde çalışmasını sağlayan iş güvenliği kuralları
dahilinde geliştirilmiştir.
KaplumBot2; Dumlupınar Denizaltısı’nın yerini tespit etmek ve kurtarmak, su altı temizlik
görevi altında objeleri doğru sepete yerleştirmek, otonom olarak engellerden geçmek, hedef
tanımak ve son olarak Dumlupınar Denizaltısı’nın yerinin tespitini yapıp robotu ona en yakın
şekilde konumlandırma görevlerinin olabildiğince hızlı bir şekilde yerine getirilmesi amacıyla
mekanik olarak tasarlanıp gerekli elektronik ekipmanla donatılmıştır.
KaplumBot2 aylarca süren planlama, araştırma, geliştirme, üretim, kalite ve güvenlik
standartları altında yapılan testlerin bir ürünüdür ve özellikleri bakımından gerçek hayata
uygulanabilirliği bulunmaktadır. KaplumBot2; kullanılabilirlik, hız, manevra kabiliyeti ve güç
verimliliğini artırmak için tasarlanmıştır. Dalgıçların hayati risklerini azaltıp düşük bütçeli
denizaltı keşfi yapma amacıyla tasarlanan bu robot; aynı zamanda modüler, hafif çerçeve ve
güvenilir elektronik ile geliştirilmiştir.
Bu belgede, en yeni robotumuz KaplumBot2’nin teknik özellikleri ve geliştirme sürecimiz
boyunca alınan (teknik) kararları detaylı bir şekilde açıklarken; takım yapılanmamız, proje
yönetimimiz ve teknik gelişim stratejimiz hakkında detaylı bir bakış sunacağız.
4
2. TAKIM ŞEMASI
2.1. Takım Üyeleri
DANIŞMAN ÖĞRETMEN:
Doç. Dr. Mehmet Berke Gür
Bahçeşehir Üniversitesi Mühendislik ve Doğa
Bilimleri Fakültesi Mekatronik Mühendisliği Bölüm
Başkanı
E-posta: [email protected]
Telefon: +90 212 381 0556
Web Sayfası: http://berkegur.com/
TAKIM KAPTANI:
Kağan Kapıcıoğlu
Merhaba, ben Kağan Kapıcıoğlu. Bahçeşehir
Üniversitesi Endüstri Mühendisliği Bölümü’nden
mezunum. Şu anda ise çift anadalım olan Mekatronik
Mühendisliği Bölümü’nde son sınıf öğrencisiyim.
Robotik alanına olan ilgim lise dönemlerimden bu yana
kesintisiz olarak devam etmektedir. Gerek ulusal
gerekse uluslararası robotik ve proje yarışmalarına
birçok defa katılıp farklı alanlarda çeşitli dereceler elde
ettim.
Robotik ve proje yönetimi profesyonel ilgi alanlarım
olup bu alanlarda akademik ve hobi olarak
çalışmalarımı sürdürmekteyim. Bir yandan da lisanslı
yelken sporcusu olarak spor hayatımı devam
ettiriyorum.
Katıldığım yarışmalar, bu yarışmalarda elde ettiğim
dereceler, akademik çalışmalarım ve iş tecrübelerim ile
ilgili daha fazla bilgi almak için LinkedIn hesabımı
ziyaret edebilirsiniz.
LinkedIn:https://www.linkedin.com/in/kagan-
kapicioglu/
5
TAKIM ÜYESİ:
Arda Akgül
Merhaba, ben Arda Akgül. Bahçeşehir Üniversitesi
Mekatronik Mühendisliği bölümü 2. sınıf öğrencisiyim.
2017 yılından bu yana takımda aktif olarak
çalışmaktayım. Şu anda takımın tasarım ekibindeyim.
BAUROV takımı olarak 2018 Teknofest İnsansız Su
Altı Sistemleri kategorisine, 2018 Roboik İnsansız Su
Altı Araçları Prototip Yarışmasına ve 2019 MateRov
yerel yarışmasına katılım sağladık. Roboik
yarışmasında birincilik ödülünü kazandık. Bu
doğrultuda kendimi geliştirmeye devam ediyorum.
Bilgisayar destekli teknik çizim (Solidworks, Catia),
CAM programları, yazılım (C) ve elektronik
konularında teorik olarak eğitimler aldım. Pratik olarak
da takım içinde bu bilgileri uygulayıp tecrübe
ediniyorum. Hedefim ülkemiz için su altı ve diğer
teknolojilerine katkı sağlayabilmektir.
LinkedIn: https://www.linkedin.com/in/arda--akg%C3%BCl/
TAKIM ÜYESİ:
Mehmet Koç
Merhaba, ben Mehmet Koç. Bahçeşehir Üniversitesi
Elektrik Elektronik Mühendisliği 2. sınıf öğrencisiyim.
Oluşturduğumuz proje gruplarında elektronik
guruplarda ağırlıklı olarak görev alıyorum. 2015
senesinden bu yana her yıl Amerika’da düzenlenen
FIRST Robotics Competition’da görev aldım. Takım
kurucularından biriyim.
Üniversite çatısı altında kurulmuş olan BAUROV
takımı ile SSB Roboik’18 ve MateRov’19 olmak üzere
iki su altı yarışmasında elektronik bazlı görevlerde yer
almış bulunuyorum.
Linkedin: https://www.linkedin.com/in/mehmet-
ko%C3%A7-80a7bb175/
6
TAKIM ÜYESİ:
Burak Uçar
Merhaba, ben Burak Uçar. Bahçeşehir Üniversitesi
Mekatronik Mühendisliği 3. sınıf öğrencisiyim. Uzun
yıllardır robotik alanında çalışmalarımı devam
ettiriyorum. CAD VE CAM programları
kullanmaktayım. 2015 senesinde FLL takımında
mentor olarak yer aldım. Ardından kaptanlık görevimi
2015-2016 döneminde FRC takımında devam ettirdim.
2018’den bu yana da FRC takımının mentorluğunu
yapıyorum. BAUROV takımında robotun mekanik
tasarımı ve elektronik departmanında görev alıyorum.
SSB Roboik’18 ve MateRov’19 gibi su altı
yarışmalarında tecrübem var.
Linkedin: www.linkedin.com/in/burak-uçar-
501b68165
TAKIM ÜYESİ:
Berke Kanlıkılıç
Merhaba ben Berke Kanlıkılıç. 22 yaşındayım,
Bahçeşehir Üniversitesi’nde Mekatronik bölümü 3.
Sınıf öğrencisiyim. Küçüklüğümden beri robotiğe ve
mekanik ekipmanlara karşı ilgim çok fazla. 10 yıla
yakın süre boyunca FIRST vakfının düzenlediği FLL ve
FRC yarışmalarına hem katıldım hem de takımlara
mentorluk yaptım. 2019 senesinde Savunma
Bakanlığı’nın düzenlediği İnsansız Su Altı Sistemleri
Prototip Yarışması’nda üniversitemin takımıyla
birincilik ödülü aldık. Şu anda ise birbirinden farklı
yarışmalara katılmaya devam ediyorum.
Linkedin:https://www.linkedin.com/in/berke-kanl%C4%B1k%C4%B1l%C4%B1%C3%A7-904028145/
7
TAKIM ÜYESİ:
Batuhan Ekin Akbulut
Merhaba, ben Batuhan Ekin Akbulut. Bahçeşehir
Üniversitesi Mekatronik Mühendisliği 3. sınıf
öğrencisiyim ve BAUROV Takımı elektronik ekibinde
yer almaktayım. Elektronik sistemler ve robotik
alanlarında çalışmalar yapıp kendimi geliştirmeye
devam ediyorum. TEKNOFEST’18, SSB ROBOİK’18
ve MateRov’19 yarışmalarıyla birlikte
TEKNOFEST’19 su altı robotiği kategorisinde
BAUROV ile yarışacağım 4. yarışma olacak.
LinkedIn: https://www.linkedin.com/in/batuhan-ekin-
akbulut-95736916b/
TAKIM ÜYESİ:
Enis Getmez
Merhaba, ben Enis Getmez. Lise öğrenimimi yeni
bitirdim. Genellikle yazılım ve donanım üzerine
çalışıyorum. Yaklaşık 10 yaşımdan beri yazılım ile
ilgileniyorum. Bu süreçte yirmiden fazla hackathon
yarışmasına katılıp ödüllendirildim. Dünyanın en büyük
robotik etkinliklerinde yer aldım. Biyoteknoloji
projeleri geliştirdim. Bu projelerden bazılarına örnek
vermek gerekirse: yapay zekâ ile meme kanseri teşhisi,
felçli hastaların felçli bölgelerini elektriksel uyarılarla
çalıştırabilen donanım. Şu anda kendi yapay zekâ
girişimim olan “Artificaid” ile çalışmalarımı devam
ettirirken Türkiye'nin en büyük AR-GE firmalarından
biri olan FG-Digital bünyesinde çalışmaktayım.
LinkedIn: https://www.linkedin.com/in/enisgetmez/
8
TAKIM ÜYESİ:
Zeynep Arslan
Merhaba, ben Zeynep Arslan. Bahçeşehir Üniversitesi
Enerji Sistemleri Mühendisliği 3. sınıf öğrencisiyim.
Enerji sektörü hakkında yürütülen projeler ile kendimi
geliştirmeye devam ediyorum ve BAUIEEE Power and
Energy Society liderliğini yapmaya devam ediyorum.
BAUROV takımıyla iki sene içinde TEKNOFEST’18,
SSB ROBOİK’18 ve MateRov’19 insansız su altı
araçları yarışmalarına katıldım. TEKNOFEST’19, su
altı kategorisinde katılım sağlayacağım 4. yarışma
olacak.
LinkedIn: https://www.linkedin.com/in/zeynep-
arslan-4749b4169/
TAKIM ÜYESİ:
Elif Özoğlu
Merhaba, ben Elif Özoğlu. Bahçeşehir Üniversitesi
Yazılım Mühendisliği 3. sınıf öğrencisiyim.
TEKNOFEST, katıldığım 2. su altı robotik yarışması
olacak. Ekibe dahil olduğumdan beri sponsorluk ve
halkla ilişkiler departmanında ekip arkadaşlarımla
çalışmaktayım. Fakat, teknik alanda da yer almak
istediğim için şu an teknik ekip üyelerinden eğitimler
alıyorum.
LinkedIn: https://www.linkedin.com/in/elifozoglu
9
2.2. Organizasyon Şeması ve Görev Dağılımı
10
3. PROJE MEVCUT DURUM DEĞERLENDİRMESİ
ÖTR puanlamamıza ve kaybettiğimiz puanlara baktığımızda raporda anlattıklarımızın
gerçek hayatta yapmaya çalıştıklarımızı jüriye tam anlamıyla aktaramadığını fark ettik.
Kaybettiğimiz puanların çoğunluğu bundan kaynakladığını düşünüyoruz. Bu yüzden
KTR’de hem iş bölümü kısmında hem de robot kısmında bütün bilgileri adım adım,
tekrara düşmeden bütün açıklığıyla jüri üyelerine aktarmaya çalıştık.
BAUROV ekibi olarak önceki yarışmalardan edindiğimiz tecrübelerin
değerlendirmesini yapmak ve bu değerlendirmelerden oluşan yansımaları bir sonraki
yarışmalarda kullanmak takımımızın her zaman daha ileriye gitmesini sağlayan
değerlerden bir tanesidir.
Bu yansımalar ışığında daha önceki yarışmalar için hazırlamış olduğumuz 2 adet
robotun elimizdeki videolarını izleyerek durum değerlendirmesi yaptık. ÖTR’de
belirtmiş olduğumuz robot SSB ROBOİK 2018 İnsansız Su Altı Sistemleri Prototip
Yarışması için hazırladığımız robotun TEKNOFEST 2019 Yarışmasına göre
yenilenmiş versiyonuydu. Fakat TEKNOFEST 2019’da bulunan görevleri analiz
ettiğimizde ekstra(bonus) puanlara ulaşabilmek için görevleri olabildiğince hızlı
tamamlamamız gerektiğini fark ettik. Bu ekstra puanlar sayesinde diğer takımlar
görevleri tamamlasa bile hızımız sayesinde onların önüne geçebiliriz. Bu stratejik
düşünce sonucunda KTR’de yaptığımız en önemli değişiklik nihai robotumuz üzerinde
yaptığımız değişikliktir.
Bu değişim sonucunda robot işleyişi ile ilgili bizi etkileyecek tek unsur şasede
kullanılacak malzeme ve üretim yöntemi olacaktır. Bu kısımları 4.1., 4.2.1., 4.2.2.,4.2.3
detaylı bir şekilde açıklayacağız.
ÖTR’de de belirttiğimiz gibi şase ilgili olan parçaları sponsorluk vasıtasıyla
karşılayacağımız için bütçe açısından bizi etkileyen bir değişim olmadı.
Tüm bunların yanında ise ÖTR ve KTR arasında bize kalan zaman aralığında yaptığımız
AR-GE çalışmaları sonucunda kendi robotik kolumuzu ve şu andaki kullandığımız
motorlara nazaran çok daha ucuz bir motor alıp kendimiz izole edip nozzle ve pervane
tasarlayarak hem robotu oluşturmak için gerekli bütçeyi azaltabileceğimizin hem de
özgünlük açısından fark yaratabileceğimizi fark ettik. Bu AR-GE çalışmalarımızla ilgili
detaylı bilgiyi raporun özgünlük başlığı altında anlatacağız.
Projenin ilerleyişiyle ilgili olarak ise bütün tasarımlarımız CAD ortamında hazır olarak
bulunmaktadır. Gerekli 3D parçalarımızın basımına başlamış bulunmaktayız. KTR son
teslim tarihi sonrasında ise eş zamanlı olarak elektronik ve şase tasarımlarını
tamamlayarak 15 Ağustos’ta göndereceğimiz videolarda robotumuzun son halini
görebileceksiniz.
4. ARAÇ TASARIMI
4.1. Sistem Tasarımı
4.2.1.’de bulunan yol haritasını takip ederek toplamda 5 adet su altı robot tasarımı
yapıldı. Bu 5 çizim sonucu toplantılar yaparak nihai su altı robotu tasarımına ulaşıldı.
Tasarım ekibimiz tarafından oluşturulan bu 5 tasarımın BAUROV ekibindeki bütün
üyelerin katılımıyla gerçekleştirilen toplantıda fiziksel özellikleri, avantajları
dezavantajları üzerinde konuşularak nihai tasarıma ulaşıldı. Nihai tasarım aşağıda
bulunan 5 tasarım içerisinde kırmızı dörtgen içine alınan tasarımdır. Nihai tasarım yine
4.2.1’de detaylı olarak anlatılmıştır.
Nihai tasarım için çalışmalar devam ederken bunun paralelinde elektronik ekibimiz su
altı robotumuzda kullanılacak olan elektronik ekipmanların listesini çıkartarak devre
11
şemasını çıkarttı. Bu bölümde devre şemasına yer verirken, devre şemasındaki her bir
ekipmanın detaylı anlatımına 4.3.1’de yer verilecektir.
TASARIM 1:
Fiziksel Özellikler:
• Robotun yüksekliği 17 santimetredir.
• Robotun uzunluğu 45 santimetredir.
• Robotun genişliği 35 santimetredir.
• Robot 8 kilogramdır.
• Robotta 8 adet motor bulunmaktadır.
Avantajları:
• Şase boyutunun küçük olması hem kilo konusunda hem de halka
geçme görevinde kolaylık sağlamaktadır.
• Elektroniğin içinde bulunduğu tüp dış ortamdan rahatlıkla
gözlemlenebilmektedir.
• Su içinde hızlı hareket edebilir.
Dezavantajları:
• Motorların etrafında çerçeve olmadığı için dışarıdan gelen darbelere
karşı korunaksızdır.
• Tasarım çok komplike olmadığı için puanlamadan düşük alabilir.
• Elektroniğin içinde bulunduğu tüp dış darbelere karşı korunaksızdır.
12
TASARIM 2:
Fiziksel Özellikler:
• Robotun yüksekliği 26 santimetredir.
• Robotun uzunluğu 57 santimetredir.
• Robotun genişliği 45 santimetredir.
• Robot 10.5 kilogramdır.
• Robotta 8 adet motor bulunmaktadır.
Avantajları:
• Motorlar dış darbelere karşı korunaklıdır.
• Şase sigmadan olduğu için hafiftir.
• Elektroniğin içinde bulunduğu tüp dış darbelere karşı korunaklıdır
Dezavantajları:
• Kamera konumu uygun değildir.
• Su içinde yavaş hareket edebilir.
• Genişliği halka görevinde zorluk çıkarabilir korunaksızdır.
13
TASARIM 3:
Fiziksel Özellikler:
• Robotun yüksekliği 26 santimetredir.
• Robotun uzunluğu 45 santimetredir.
• Robotun genişliği 40 santimetredir.
• Robot 9 kilogramdır.
• Robotta 8 adet motor bulunmaktadır.
Avantajları:
• 45 derecelik şase çıkıntıları ile motorlar uygun
pozisyonu almıştır.
• Elektroniğin içinde bulunduğu tüp yüzerlik açısından
uygun yere sabitlenmiştir.
• Hafif olması sayesinde yüksek puan almamızı
sağlamaktadır.
• korunaklıdır Dezavantajları:
• Motorlar darbelere karşı korunaksızdır.
14
TASARIM 4:
Fiziksel Özellikler:
• Robotun yüksekliği 25 santimetredir.
• Robotun uzunluğu 41 santimetredir.
• Robotun genişliği 44 santimetredir.
• Robot 12 kilogramdır.
• Robotta 6 adet motor bulunmaktadır.
Avantajları:
• Görevleri hareket kapasitesi sayesinde hızlı tamamlamaktadır.
• Kolun konumu görev modellerini tutma konusunda kolaylık
sağlamaktadır.
Dezavantajları:
• Alüminyum kalıptan işlendiği için ağırlık problemi vardır.
• Ek yüzdürücülere ihtiyaç duymaktadır.
15
TASARIM 5:
Fiziksel Özellikler:
• Robotun yüksekliği 25 santimetredir.
• Robotun uzunluğu 58 santimetredir.
• Robotun genişliği 55 santimetredir.
• Robot 9.5 kilogramdır.
• Robotta 8 adet motor bulunmaktadır.
Avantajları:
• Görevleri hareket kapasitesi sayesinde hızlı tamamlamaktadır.
• Kolun konumu görev modellerini tutma konusunda kolaylık sağlamaktadır.
• Üretim yöntemlerinde anlatılacağı üzere 3D basım ve lazer kesim tekniği
kullanılarak ağırlık azaltılmıştır.
• Tüpün konumunda dolayı yüzerlik dengelenmiştir.
• Bizden istenen bütün görevlere uygun bir şekilde tasarlanmıştır (kolay
konumlanma, akrobatik yüzme ve kolun konumu sayesinde cisimlere kolay
ulaşma).
Dezavantajları:
• Test ve deneme süreçlerinde bir sıkıntı ile karşılaşılırsa şase üzerinde değişim
yapmak diğer tasarımlara göre daha zordur.
• Ek yüzdürücülere ihtiyaç duymaktadır.
16
BİLGİSAYAR
+
Buton
15 Amper Sigorta
Elektronik Devre Şeması:
SU ALTI ROBOTU
SU ÜSTÜ
KONTROL
17
4.2. Aracın Mekanik Tasarımı
4.2.1. Mekanik Tasarım Süreci
Su altı robotunun mekanik tasarımını yapmakta olan ekip gerek üniversitede
gerek gelişim amaçlı olarak CAD ve CAM programları ile ilgili eğitim almış
bulunmaktadır. SolidWorks ve Fusion 360 programları kullanılmaktadır.
GrabCad üzerinden oluşturulan Workbench ile tasarımlar planlı bir şekilde
paylaşılmakta ve düzenlenmektedir. Tasarım sürecinin sonunda 5 farklı su altı
robotu tasarımı çıkmıştır ve yapılan toplantılar sonucunda en uygun olan
seçilmiştir. Tasarım sürecinin tamamlanması sonucunda üretim aşamasına
geçilmiştir. Ekibin bir bölümü üretim ile ilgilenirken diğer bölümü AR-GE
çalışmalarına başlamıştır. Robotun montajı tamamlandıktan sonra havuzda
testler yapılmıştır. Yapılan testler sonucunda avantaj ve dezavantajlar
düşünülerek tasarımda ufak çaplı değişiklikler yapıldı. Optimum robot
tasarımına ulaşmak için geliştirmeler yapılmaya devam edilmektedir.
Robot Tasarımında İzlenen Yol Haritası:
Görev Analizi
Dizayn İçin Yol Haritası
Prototipleme, Elektronik ve Yazılım
Deneyler ve Testler
Optimizasyon
Final Robot
Boyut ve Kilodan Maksimum Puana Ulaşma
Alternatif CAD Çizimleri
Satın Alma ve Final Şaseyi Yapma
Şase, Elektronik Montajı ve Yazılım
18
Görev Analizi:
• Dumlupınar’ı Kurtarma Görevi:
Dumlupınar’ı kurtarma görevini tamamlamak için robotumuzun öncelikle stabil
bir şekilde görev objesine yaklaşması gerekmektedir. Bundan sonra ise görev
objesini yakalayabilmek için bir robotik kola ihtiyaç duyuyoruz. Bu yüzden
başlık 4.3.1’de açıklandığı gibi bir robotik kol kullanacağız. Görev objesini
yakaladıktan sonra tekrar stabil bir şekilde sepete yaklaşarak robotik kol ile
yakaladığımız objeyi bırakacağız. Son olarak ise yine robotik kol yardımıyla
sepetinin pimini çekerek görevi tamamlayacağız.
• Su Altı Temizlik Görevi:
Bu kısımdaki planımız tamamen Dumlupınar’ı kurtarma göreviyle aynıdır. Bu
görevde birden fazla taşınması gereken obje olduğu için öncelikle robot
operatörümüz ortam taraması yaparak aynı renk sepetleri ve objeleri saptayarak
görevi en hızlı bitirebilecek bir şekilde hareket planı çıkartacak. Bu planlamanın
bitiminde ise hızlı bir şekilde görevi tamamlamaya başlayacak.
19
• Otonom Görevler:
Otonom görevlerin hepsinde robotun stabil şekilde hareket edebilmesi en önemli
kriterdir. Robotun yapım aşamalarında da anlatılacağı gibi toplamda 8 motor
kullanıldı ve dizayn olarak kanatlı bir yapı tasarlandı. Bunlara ek olarak ise hedef
tanıma ve denizaltının tespiti ve sualtı aracının konumlanması görevleri için
robotun tam ortasında havuz yüzeyini tepeden gören bir kamera
konumlandırıldı. Bu şekilde görev objelerinin tespiti ve onlara stabil bir şekilde
yaklaşmanın daha kolay olacağına karar verildi. Otonom görevlerin nasıl
yapılacağı ile ilgili görev analizi ve açıklaması yazılım tasarım sürecinde
anlatılacaktır.
Mekanik Tasarım:
Mekanik ekibimiz tasarımı yaparken üç nokta üzerine dikkat ederek
ilerlemektedir. Bunlar:
• Kilo ve boyut ölçümünden maksimum puana ulaşmak
• Stabil sürüşü sağlamak için en ideal tasarım
• Otonom sürüşte sıkıntı yaratmayacak bir tasarım.
TEKNOFEST 2018 İnsansız Su Altı Sistemleri Yarışması’na katıldığımız robot
ile jürilerden tasarım ile ilgili pozitif aldığımız yorumları tekrar düşünerek,
TEKNOFEST 2019 Yarışması’nda alışılmış tasarımların aksine TEKNOFEST
2018 Yarışması’ndaki robotumuzu geliştirerek hareket kabiliyeti ve hızı çok
yüksek bir robot tasarlama sürecine girdik. Tabii ki bu süreçte yukarıdaki 3
noktadan ödün vermedik.
Öncelikle kilo ve boyut ölçümünden maksimum puan alabilmek için şasemizin
2 boyutlu tasarım üzerinden eklemeler yaparak kabuklu bir yapıya ulaştırmaya
çalıştık. Bunun için lazer kesim tekniğiyle alüminyum plaka kesimi yaparak
bütün ekipmanların onun üzerine yerleştirilmesi kararlaştırıldı. Bu alüminyum
plaka ise şu şekildedir:
20
Yukarıdaki fotoğraflarda da görüldüğü gibi motorların yerleri 2 boyutlu ortamda
belirlendikten sonra kırmızı renkle gösterilen şasenin ana parçası olan plaka
tasarlandı. Bu plakanın üretimi üretim yöntemlerinde anlatılacak olan lazer
kesim yöntemiyle olacaktır. Robotumuzda 4 adet dikey yönde 4 adet ise robota
45 derece ile yerleştirilmiş motor bulunmaktadır. Bu motorların 45 derece
yerleştirilmesinin sebebi ekstra motor kullanmadan hem ileri geride hem de
yanal düzlemde hareket etmesini sağlamaktır. Fiziksel ispatı ise aşağıdaki
gibidir:
45o
Dikey
Yöndeki
Vektör
Bileşeni
Yatay
Yöndeki
Vektör
Bileşeni
21
2 boyuttaki tasarım bittikten sonra hidrodinamiği yüksek olacak şekilde ekstra
kabuk parçalarının tasarımı yapılmaya başlandı. Bu şekilde hem bütün motorlar
hem de ana plakanın üzerinde bulunan voltaj çevirici, elektroniğin bulunduğun
tüpün koruma altına alınması ve robota daha estetik bir görüntü kazandırılması
hedeflendi. Bu kabukları da aşağıdaki gibi görebilirsiniz:
Beyaz renkle gösterilen şekiller robotun üzerine eklediğimiz kabuklardır. Bu
kabuk parçalarının üretimini 3 boyutlu yazıcı ile yapacağız. Hem lazer kesim
hem de 3 boyutlu yazıcı üretim tekniğini kullanarak ucuz, hızlı ve kolay
yenilenebilir üretimi hedefliyoruz.
22
Bu tasarıma ulaşmak için tasarım ekibimiz kendi aralarında tasarımlarını
hazırladıktan sonra, bütün ekibe sunum yaparak robotumuzun bilgisayar
üzerindeki son haline ulaşıldı. Aşağıda tasarım ekibimizin yaptığı sunumlardan
bazı fotoğrafları görebilirsiniz.
23
Bu toplantılar sonucunda ulaşılan son robot tasarımı ise şu şekildedir:
YAN
GÖRÜNÜM
ÖN
GÖRÜNÜM
ÜST
GÖRÜNÜM
24
4.2.2. Malzemeler
Su altı robotunun üzerinde kullanılan bazı malzemeler ve teknik özellikleri şu
şekildedir:
Alüminyum Sac: 3mm 5754 serisi
Alüminyum Boru:
Filament: 3D yazıcı filament türlerinden en çok tercih edilenler ABS ve PLA’dır. Su
altı robotunda PLA filamenti tercih edildi. Bu seçimin başlıca nedenleri;
• ABS'ye göre basımı oldukça kolaydır.
• Sert bir yapıya sahiptir. Dayanıklı ve darbelere karşı dirençlidir.
25
ABS ve PLA Isıl Özellik Tablosu:
ABS ve PLA Mekanik Özellik Tablosu:
Enclosure: Su altı robotunun elektronik parçalarını barındıran yüzdürücüdür. Çeşitli
boyutları bulunmaktadır. Su altı robotunda 4 inçlik tasarım tercih edildi. Bu seçimin
başlıca nedenleri hem hacimden kazanılması hem de robotun ağırlığının minimum
seviyede tutulması.
26
Dome (Kubbe): Akrilik tüpün ucunda bulunan kubbe şeklindeki kaptır. Kamera bu
kabın içinde muhafaza edilmektedir ve su geçirmeme özelliği vardır.
Bu malzemeyi kullanmamızın en önemli sebebi ışığın suda kırılmasından dolayı
nesnelerin olduğu yerden farklı bir yerde ve farklı boyutlarda gözükmesidir. Biz dome
kullanarak bu kırılmayı önlüyor ve kameramızın nesneleri bize gerçek yerinde ve gerçek
boyutlarda göstermesini sağlıyoruz.
Akrilik Tüp: Enclosure’ın büyük çoğunluğunu oluşturan ve içinde elektronik parçaları
barındıran su geçirmez tüptür. Tüp su altı robotuna yüzerlik katmaktadır.
27
O – Ring Flanş: Tüpün içine su girmemesi için tüpü muhafaza eder. Biri tüpün önünde
biri de arkasında olmak üzere toplam 2 adet bulunmaktadır.
4.2.3. Üretim Yöntemleri
Su altı robotunun thrusterları BlueRobotics’ten alındı, tasarımını kendimizin
yaptığı nozzle ile değiştirildi. Thrusterları şaseye sabitlemek için frezede işlenen
ve büküm yöntemi kullanılan u braket kaynak yöntemi ile sabitlendi.
BlueRobotics’ten alınan yüzdürücü tüpün içine tasarımını kendi yaptığımız ve
3D yazıcıdan basılan hazne ile robotun elektronik parçalarının sabitlenmesi
sağlandı. Tasarlamış olduğumuz su geçirmez robotik kol da bir adet step motorla
kıskaçların hareketi sağlanmaktadır. Elektronik parçaların çoğu Türkiye’den
temin edildi. Kamerayı içinde bulunduran dome BlueRobotics’ten alındı
Kamera servo ve 3D parça yardımı ile hareketli hale getirildi. Yüzdürücü tüp
alüminyum borunun yarısını freze işleminden geçirdikten sonra kaynaklama
işlemi ile şaseye sabitlendi. Yarışma tarafından istenilen uygun dönüştürücü
Türkiye’den temin edildi. Su altı robotunun şasesini oluşturan alüminyum sac
lazer CNC ile kesildi.
Kaynak Yöntemi:
Kaynak, malzemeleri birbiri ile birleştirmek için kullanılan bir imalat
yöntemidir, genellikle metal veya termo plastik malzemeler üzerinde kullanılır.
Bu yöntemde genellikle çalışma parçalarının kaynak yapılacak kısmı eritilir ve
bu kısma dolgu malzemesi eklenir, daha sonra ek yeri soğutularak sertleşmesi
sağlanır, bazı hallerde ısı ile birleştirme işlemi basınç altında yapılır. Bu yöntem
lehim ve sert lehim ile fark gösterir, lehim ve sert lehim yöntemlerinde
birleştirme düşük erime noktalarında ve çalışma parçaları erimeden oluşur.
Kaynak için gaz alevi, elektrik arkı, lazer, elektron ışını, sürtme, ultra ses
dalgaları gibi birçok farklı enerji kaynakları kullanılabilir. Endüstriyel
işlemlerde, kaynak açık hava, su altı, uzay gibi birçok farklı ortamda
gerçekleştirilebilir. Bununla beraber, yapıldığı yer neresi olursa olsun, kaynak
çeşitli tehlikeler barındırır. Alev, elektrik çarpması, zehirli dumanlar ve
ultraviyole ışınlara karşı önlem almak gereklidir.
28
Lehim Yöntemi:
Lehim, %36 kurşun ve %64 kalay ihtiva eden bir alaşımdır. Yiyeceklerin
bulundurulduğu kaplarda kullanılan lehimlerdeki kurşun oranı %10’u
geçmemesi gerekir. Lehimleme, iki metal malzemenin, ergime sıcaklığı
kendilerinden daha düşük olan bir ilave metal eriyiğiyle birbirine difüzyon
bağıyla etkidiği, çözülemeyen bir bağlama elemanıdır. Ergiyen ilave metal
sayesinde güçlü bir bağlantı oluşturulur. Lehimleme sıcaklığı, lehim
malzemesinin ergime sıcaklığından yüksek, birleştirilecek malzemelerin ergime
sıcaklığından daha düşük seçilmektedir. Kullanılacak lehim yöntemleri işin
cinsine göre seçilir. Lehim işlemi genelde havya işlemiyle yapılsa da alev ile,
daldırma ile, fırında lehimleme işlemleri de endüstride görülen yöntemlerdendir.
Lehim Malzemeleri:
Havya (Lehim Makinesi): Lehim makinesi, bir diğer adıyla havya, ile
lehimleme yönteminde lehimlenecek bölgeye lehim tutulur ve lehim makinesi
ile ısıtılır. Bölge lehim ile kaplandıktan sonra havya bırakılır ve lehimin
soğuması beklenir. Lehim makinesi güç kaynağına takıldıktan sonra geçen
süreyle ısınır. Havya kalitesi, çalışma performansına ve ömrüne göre belirlenir.
Lehim makinelerinin performansları, sahip oldukları elektrik gücüne de bağlıdır.
Piyasada 30Watt gücünde de 100Watt gücünde de lehim makineleri
29
bulunmaktadır. Bazı lehim makinelerinin herhangi bir istasyona bağlı olmadan
ısılarını ayarlayabilme özellikleri vardır. Bunlara ısı ayarlı lehim makineleri
denir.
Lehim Teli: Elektronik devrelerde bir sistemi oluşturmak için; elamanları ve
tellerini birbirine tutturmak amacıyla belirli sıcaklıklarda eriyebilen tellere
“lehim” denir. Elektrik ve elektronik sektöründe kullanılan lehim teli kalay (Sn)
ve kurşun (Pb) metallerinin karışımından oluşturulmuştur. Lehim telinin
içerisindeki kalay miktarı arttıkça kalite yükselmektedir. Çünkü erime sıcaklığı
kalay çoğaldıkça azalmaktadır. Lehimin kalitesi kullanılacağı devrenin
hassaslığına göre değişmektedir.
Lehim Pastası: Lehim pastası kusursuz, hatasız bir lehimleme yapmak için
gereken malzemelerden bir tanesidir. Lehim pastasının kullanılmasın amacı
metal yüzde temizlemeden oluşan ve ısınmadan kaynaklanan oksitlenmeleri
önlemek amacıyla kullanılmalıdır.
Lehim Pompası: Vakumlama işlemi yaparak eski lehimin sökülmesini sağlar.
Lehim Tabancası: Bir güç kaynağından enerji alarak yalnızca tabancadaki
tetiğe basılması durumunda ucu ısınan lehimleme aracıdır.
Lehimleme İstasyonu: Lehimleme istasyonları, lehimleme işlemini çok
fonksiyonlu olarak sunmaktadır. İstasyonlarda genellikle havya veya lehim
tabancası, sıcak hava tabancası, havya standı gibi malzemeler bulunur. Havyanın
ısısını lehimleme istasyonları ile kontrol etmek mümkündür ve belirlenen ısı
değerlerine hızla ulaşabilmektedir.
Büküm Yöntemi:
30
Lazer CNC Makinesi:
2 eksende hareket eden bir CNC Makinesinin başında bulunan bir lazer
makinesinin şiddetinin ayarlanmasıyla metal, ahşap vb. yüzeylerde kesim veya
kazıma işlemi yapılmasını sağlar.
3 Boyutlu Yazıcı:
3 eksende hareket eden 250 dereceye kadar ısınabilen bir başlıktan bazı özel
plastik materyallerin (ABS, PLA vb.) 0.1 mm gibi oldukça hassas seviyelerde
ısıtılmış bir tablanın üstüne katman katman akıtılarak CAD ortamında dizayn
edilmiş bir tasarımın gerçek hayata geçiren bir makinadır.
31
4.2.4. Fiziksel Özellikler
Yükseklik: 251.16mm
En: 548.65mm
32
Boy: 587.88mm
Toplam Kütle Hesaplaması:
Malzeme Adet Kütle Toplam Kütle
T – 200 Thruster 8 344 Gram 2.752 Kg
ESC 8 13.6 Gram 0,1088 Kg
Robot Kol 1 616 Gram 0,616 Kg
Pixhawk 1 102 Gram 0,102 Kg
Raspberry Pi 1 173 Gram 0,173 Kg
Işık 1 102 Gram 0,102 Kg
Kamera 2 53 Gram 0.106 Kg
Voltaj Düşürücü 2 480 Gram 0.960 Kg
33
Dome 1 82 Gram 0.082 Kg
Akrilik Tüp 1 768 Gram 0.768 Kg
O – Ring Flanş 2 144 Gram 0.288 Kg
Konnektör 18 15 Gram 0.270 Kg
Sac - 1780 Gram 1.78 Kg
3D Parçalar - 943 Gram 0.943 Kg
TOPLAM 9.1 Kg
4.3. Elektronik Tasarım, Algoritma ve Yazılım Tasarımı
4.3.1. Elektronik Tasarım Süreci
Raporun bu bölümünde elektronik şema düzeni, sırasıyla sistemler ve sistemleri
oluşturan elektronik elemanların neden seçildiği ve nasıl kullanıldığı hakkında
detaylı bilgi verilecektir.
Genel Bakış:
Elektronik sistemlerimizin genel amacı ana güç kaynağından robotun çalışması
için gerekli enerjiyi kesintisiz ve minimum kayıp ile iletip robotu sorunsuz
çalışmasını sağlamaktır. Elektronik sistemimiz robotun ağırlık merkezini
minimum etkileyecek şekilde ana tüpün içine yerleştirilmiştir
Güç Dağıtım Sistemi:
Güç dağıtım sistemimizin
temel hedefi ihtiyaç
duyulan enerjinin iletken
kablolar tarafından
mümkün olan en kısa ve
güvenli yoldan
iletilmesidir. Bu bakımdan
güç dağıtım en önemli
sistemdir. Robota gelen
elektrik öncelikli olarak
sb-50 konnektöründen
geçip 48 DCV – 12 DCV
dönüştürücüye girer
burada gerekli voltaj
ayarlaması yapıldıktan
sonra epoksi ile korunmuş
olan konnektör ile kontrol,
itki ve dış sistemleri
beslemektedir.
34
Anderson SB – 50 Konnektör
Ana güç kaynağını mümkün olan en güvenli ve düşük dirençli konnektör ile
robotumuza bağlamalıyız. Bunun için 48 volt gerilimlere uygun olan ve yarışma
komitesinin de kullanmakta olduğu Anderson SB – 50 konnektör kullanılmıştır.
Ana Güç Kablosu:
Anderson SB-50 konnektörlerden geçen elektrik akımını minimum voltaj kaybı
ile su altından robotumuza güvenle ulaşması gerekmektedir. Bu sebepten dolayı
suyun altında çalışmaya uygun bir kablo sistemi kullanımına ihtiyaç doğmuştur.
Yaptığımız araştırmalar sonucunda 12 AWG sınıflandırılmasında olan “heavy
duty power cable” kullanılacaktır.
AWG Sistemi:
AWG kısaca Amerikan Kablolama Ölçü
Birimi anlamına gelir. Bir kablonun
içerisindeki tel çapı mm olarak
bir AWG değerine denk gelir.
35
48 DCV – 12 DCV DC – DC Voltaj Düşürücü:
Yarışma şartnamesinde belirtilen bize verilecek olan ana güç gerilimi 48 VDC
kontrol ve itki sistemimiz için tolere edilebilir giriş geriliminin (12V) çok
üstünde bir gerilimdir ve itki sisteminin verimli olduğu 12-16 VDC bandına
düşürülmesi gerekmektedir.
Yukarıda bahsedilen sebeplerden dolayı bize en uygun IP 68 sertifikalı yani su
ve toz geçirmez olan Daygreen 48DCV-12DCV DC dönüştürücü motor şaseine
bağlayarak kullanmaya karar verdik.
Teknik özellikleri:
• Sürekli sabit akım çıkışı
• IP68 sertifikası
• Hava soğutmalı
• %94 verimlilik
• Ağırlık: 300 g
36
İtki Sistemi:
İtki sistemi temel Newton’un 3. hareket kanunu prensibinde çalışmaktadır.8 adet
T200 motor ve bunların bağlı olduğu 8 adet elektronik hız kontrolcüsünden
(ESC) oluşmaktadır. Motorların yerleşimi 4 adet 45 derecelik açılarla
yerleştirilmiş yatay hareketi sağlayan motorlar,4 adet yere paralel olarak
yerleştirilen dikey eksende hareketi sağlayan motorlardan oluşmaktadır.
İtki sistemi görece daha az çeşitli donanıma sahip olsa da aracın tarafından
kullanılan toplam gücün %80’ini itki sistemi tarafından kullanılmaktadır bu
bakımdan oldukça önem arz eden sistemdir.
Elektronik Hız Denetleyiciler (ESC):
Elektronik hız denetleyiciler (ESC) fırçasız motorların dönüş hızlarını
kullanıcının ya da kontrol sisteminin yolladığı PWM sinyaline göre ayarlar.
Yani fırçasız motor kullanımını gerektiren bir durumda mutlaka ESC
kullanımına ihtiyaç vardır. Bu sebeplerden ötürü motorlarımızla uyumlu, fazla
ısı üretmeyen verimli “Basic ESC” kullanımına karar verdik.
Teknik özellikleri:
• Giriş gerilimi: 7- 26 V
• Maksimum akım: 30 A
• Sinyal gerilimi: 3.3 V – 5 V
37
PWM Sinyali:
Açılımı “Pulse Width Modulation” yani Sinyal Genişlik Modülasyonu olan bu
teknik, sinyal işleme veya sinyal aktarma gibi daha çok elektronik devrelerin
veya elektrik makineleri gibi özel uygulama alanlarında da yer alan bir tekniktir.
Motorlar:
Su altının zorlu koşullarında robotun hem otonom hem de manuel sürüşlerde
hareket edebilmesi gerekir bunun içinde fırçasız motor kullanımı genel olarak
uygundur. Ancak, bu motorların suya ve yüksek su altı basınca olabildiğince
dayanıklı olması beklenir eğer motor su alırsa olası elektrik kaçağı riski ortaya
çıkar ya da en iyi ihtimalle belli bir kullanım süresi sonrasında motor içindeki
parçalar korozyona uğrar ve motorumuz kullanılamaz hale gelebilir.
Bu ve buna benzer verimlilik problemlerinden dolayı itki sistemimizin ana
parçası olan iticileri Bluerobotics T200 Thruster olarak belirledik.
Yatay hareketi sağlayan motorlar 45 derecelik açılar ile şaseye bağlanmıştır
böylelikle manevra kabiliyeti maksimum düzeye çıkmıştır fakat vektör
bileşenleri doğrultusunda minimum seviyede itki kaybı yaşamaktayız.
Teknik özellikleri:
• Giriş gerilimi:6-20 V
• Maksimum akım : 25 A
• Maksimum güç: 350 W
• İleri yönde maksimum itki: 3.55 kg
• Geri yönde maksimum itki: 3.00 kg
• Havadaki ağırlık: 344 g
38
Performans Tabloları:
Tablodan da görüldüğü üzere 1500 ölü bölgeden itibaren artan veya azalan PWM
sinyaline oranla kullanılan güç de artmaktadır (min 0 W, maks 180 W).
39
Bu tabloda ise ESC’lere gelen PWM sinyali değerlerine karşılık alınan itiş gücü
kilogram cinsinden de belirtilmiştir.
Sonuç olarak performans tablolarından yola çıkarak T200 Thrusterların güç,
performans ve verimlilik ilişkisi bakımından çok iyi seviyelerde olduğu
sonucuna varmaktayız.
2D Çizimleri:
Kontrol Sistemi:
Kontrol sitemi su üstü kontrol istasyonu ile karşılıklı ve anlık olarak bilgi
alışverişi yapar ve bu bilgileri iç sensorlardan alınan diğer bilgiler eşliğinde
robotun son karar mekanizması görevini üstlenir.
Özellikle otonom görevler sırasında maksimum performansta kullanılacağından
dolayı kontrol sistemi elemanlarının en güncel ve güvenilir seviyede olması
gerekir. Bu yüzden sistemi oluşturan parçalar bir adet Raspberry pi model 3B ve
su üstü kontrol sistemine bağlandığı Ethernet kablosu. Motorların güvenle
kullanılması ve anlık durumların ara yüze iletilmesini sağlayan PixHawk
otopilot sürüş kartı. Son olarak operatörün ve otonom algoritmanın çevreyi
sağlıklı bir şekilde görüntüleyip değerlendirmesini sağlayan bir adet yatay
eksende ve bir adet dikey eksende bulunan USB uyumlu kamera
kullanılmaktadır.
RaspberryPi Model 3B:
Raspberry pi model 3B robotun ana beynini oluşturan bilgisayardır. Boyutu
yaklaşık olarak bir kredi kartı büyüklüğünde olması ve boyutlarının üstündeki
performansı sayesinde bize hem yerden kazanç sağlayacak hem de düşük güç
tüketimi sayesinde elektronik sistemimize büyük bir yük vermeyecektir. Ayrıca
Ethernet, USB girişleri hızlı bağlantı ve kolay müdahale şansı vermektedir.
40
Teknik özellikleri:
• 1.4 GHz dört çekirdekli ARM Cortex-A53 işlemci (64-bit)
• Çift bant 802.11ac Kablosuz LAN
• Bluetooth 4.2 desteği
• USB 2.0 üzerinden Gigabit Ethernet desteği
• PoE HAT ile Ethernet üzerinden güç desteği
• USB Yığın depolama önyüklemesi
Bu resimde de görüldüğü gibi 4 adet USB portu 1 adet Ethernet çıkışı GPIO
pinleri ve microUSB girişi gösterilmiştir.
GPIO pinleri:
Raspberry pi kartı üzerinde elektronik sistemlerle haberleşme ve bu cihazların
kontrolü amacıyla kullanılan portlar, genel amaçlı giriş çıkış portları (General
Purpose Input/Output) GPIO olarak adlandırılır.
GPIO portları 0 (low) ve 1 (high) şeklinde olmak üzere iki değere sahiptir ve
işlemler bu değerler üzerinden yürütülür.
41
Ethernet Kablosu:
Su üstü kontrol istasyonu ile kontrol sistemi arasında olan veri akışının
maksimum hızlı, kesintisiz ve minimum gürültülü olması görevlerin başarılı
olarak tamamlanması için önemlidir. Su altıda kablosuz veri akış hızının teknik
olarak çok düşük hız seviyelerinde kablolu iletişimi zorunlu kılmaktadır.
Uzun USB kabloları ucuz olmasına karşın beraberinde gürültü(noise) sorunu
getirmektedir. Bu yüzden robot ile iletişim kurmak için Ethernet kablosu
kullanmaktayız.
Kullandığımız Ethernet kablosu olan Fathom ROV Tether su altı koşullarına
uygun ve uzunluğu 25m kalınlığı 7.6 mm’dir.
Teknik özellikleri:
• Ağırlık: 0.043 kg/m
• Kablo kalınlığı: 26 AWG
• DC direnci: 0.127 Ω/m
42
Pixhawk:
Pixhawk otopilot kartı ileri seviye bir karttır. PX4 tarafından geliştirilmiş
olup gerçek zamanlı çalışma ve zorlu koşullarda yüksek performans
imkânı sunmaktadır. İnsansız hava kara ve deniz araçlarında (Döner
kanat, İHA, sabit kanat, Rover, ROV/AUV) kullanılması için gerekli
yazılım yamaları ve hazır iskeletler ile kullanılabilmektedir.
Kontrol sistemi ile iletişimini raspberry pi üzerinden yapmaktadır. Bütün
elektronik hız denetleyicileri, sensörler ve Pixhawk Otopilota
bağlanmıştır ve Qground Control adlı ara yüz uygulamasıyla kontrol
edilmektedir. Ardusub yazılımını çalıştırmak ve manuel sürüşte robota
otonom özellik kazandırması Pixhawk otopilot kartını seçmemize ön ayak
olmuştur.
Teknik Özellikleri:
• Main System-on-Chip: STM32F427
• CPU: 180 MHz ARM® Cortex® M4 with single-
precision FPU
• RAM: 256 KB SRAM (L1)
• Failsafe System-on-Chip: STM32F100
• CPU: 24 MHz ARM Cortex M3
• RAM: 8 KB SRAM
• GPS: U-Blox® 7/8 (Hobbyking®) / U-Blox 6
(3D Robotics)
• Optik akış: PX4 Flow unit
Pixhawk Power Sense Modülü:
Pixhawk otopilot kartının ihtiyaç duyduğu enerji (18 W) USB portundan
sağlanacak maksimum enerjiden(5 W) çok daha fazla olacağından dolayı Power
sense modülünü kullanmaktayız. Ayrıca bu modül Pixhawk kartına ve dolaylı
olarak da ara yüze anlık akım ve voltaj bilgisi göndermektedir. Böylece olası
yüksek akım ya da düşük güç uyarılarını takip edebiliyoruz.
43
Kamera:
Kameralar temel olarak farklı dalga boylarındaki fotonların kamera sensörüne
kamera merceğinden geçip düştüğünde oluşturulan elektrik sinyallerin işlenip
görüntü haline getirilmesi prensibiyle çalışır.
Gerek otonom görüntü işleme sisteminde gerek manuel sürüşte çevrenin
algılanması, yorumlanması ve buna uygun tepki verilmesi için kameralara
ihtiyaç vardır. Bu sebepten ötürü robotumuzda 2 adet Low-Light HD USB
Kamera kullanmaktayız.
Low-Light HD USB kamera düşük ışıkta yüksek görüntü kalitesi vermesi ve
geniş açıda kamerayı ya da robotu oynatmaya gerek kalmadan sabit görüntüler
vermektedir. Raspberry pi üzerindeki USB portu ile sisteme dahil olmaktadır.
Teknik Özellikleri:
• Yatak eksende görüş açısı: 80 derece
• Dikey eksen görüş açısı: 64 derece
• Çözünürlük : 2.24 MP
• Besleme gerilimi: 5V
• Maksimum akım :220 mA
44
Dış Sistemler:
Robotun ana sistemleri haricinde bulunan ve görevleri icra etmede yardımcı olan
ekipmanlar dış sistemler olarak adlandırılmaktadır.
Robot Kol:
Teknofest 2019 yarışma şartnamesinde belirtilen enkaz çıkarma ve Dumlıpınar’ı
kurtarma görevlerini başarı ile tamamlamak için yüksek hassasiyetli ve güçlü
mekanizmaya sahip bir robot kola ihtiyacımız vardı. Ar-Ge çalışmalarımız haricinde bu
özellikleri taşıyan Newton Subsea Gripper kullanmaya karar verdik.
PWM sinyalleri ile açılıp kapanması özelliği bize sistem entegrasyonu bakımından
kolaylık sağlamıştır.
Teknik özellikleri:
• Giriş gerilimi: 9-18 Volt
• Maksimum akım: 6 A
• Tutuş kuvveti: 97- 124 N
• Havadaki ağırlığı: 616 g
Işık:
Su altında derinlere inildikçe güneş ışığı ya da yapay ışıkların gücü azalır ve
ortam kararmaya başlar. Karanlık bir ortamda veya gece sürüşlerinde
maksimum görüş sağlamak için su altına uygun bir ışıklandırma sistemi
kullanılması önemlidir. Yaptığımız araştırmalar sonucunda Lumen Subsea Light
kullanımının bizim yararımıza olacağına karar verdik. Özellikle içindeki mikro
işlemci sayesinde ara ışık değerlerini de sağlamasından dolayı kullanışlı bir
ekipmandır.
45
Görüldüğü gibi gerek yazı okuma gerek obje tespitinde yeterli aydınlatma için
ara parlaklık değerlerini kullanabilmekteyiz.
Teknik özellikleri:
• Besleme gerilimi: 7-48 volt
• PWM gerilimi: 3- 48 volt
• Maksimum akım: 15/v A
• Maksimum aydınlatma: 1500 lumen
• Renk sıcaklığı: 6200 kelvin
• Havadaki ağırlığı: 102 g
Aşağıdaki fotoğraflarda elektronik ekibimizin, elektronik devreyi kurma ve test
aşamalarından görüntüler bulunmaktadır.
46
4.3.2. Algoritma Tasarım Süreci
Pixhawk ile Raspberry Pi serial portları üzerinden haberleşmektedir. Veri
kaybını en aza indirgemek istenmesinden, veriler Raspberry Pi üzerinden
Ethernet kablosu ile bilgisayara iletilmektedir. Robot kontrolü için tamamen
açık kaynak olan ArduSUB Firmwall’ı kullanılmaktadır. Kontrol
QGroundControl yazılımı ile sağlanmaktadır. Aynı Zamanda .NET ailesine
ait olan C# ile otonom arayüzü sağlanmaktadır. C# arayüzünden python ile
yazılmış otonom komutları çağrılacaktır.
Robot Modları:
Robot daha önceden programlanmış belirli modlara sahiptir. Bu modlar
robotun farklı çalışma durumlarında farklı reaksiyonlar vermesini sağlar.
Belirtilen modlar aşağıda sıralanmıştır.
1. Stabilize Mod: Sensörlerden gelen verilere göre robot kendi dengesini
ve yüksekliğini otonom olarak sabit tutar. Pilot sadece haraket etme
komutlarını verir.
2. Acro Mod: Acro (Acrobatic) modu açısal hız sabitleme yapar.
3. Manual: Pilot hiç bir sensörden veri almadan doğrudan motorlara komut
gönderir.
4. Depth Hold : Pilot elini kumandadan çektiğinde robot derinlik seviyesini
sensör verilerine göre sabit tutmaya çalışır. Stabilize moduna
benzer;fakat bu mod sadece derinliği sabit tutar.
5. Position Hold : Konum Tutma modu, pilot kontrol girişleri boş
olduğunda aracın mutlak konumunu, tutumunu ve yönünü dengeler. Araç
pilot tarafından manevra ve yeniden konumlandırılabilir.
6. Auto:Otomatik mod, otomatik pilotta depolanan görevi bağımsız olarak
yürütür. Pilot kontrol girişleri çoğu durumda dikkate alınmaz. Araç devre
dışı bırakılabilir veya görevi iptal etmek için mod değiştirilebilir.
7. Circle: Daire modu, aracın önü merkez noktaya bakacak şekilde daireler
halinde hareket eder.
8. Guided: Kılavuzlu mod, aracın hedef konumunun bir yer kontrol
istasyonu veya yardımcı bilgisayar tarafından dinamik olarak
ayarlanmasını sağlar.
4.3.3. Yazılım Tasarım Süreci
Tasarladığımız aracın aktif olarak belirlediğimiz komutları uygulayabilmesi
için en iyi performansı sağlayabilecek programlama dili olan Python
kullanılmıştır.
Otonom Görevler:
Otonom görevler için en verimli kütüphaneler araştırılıp, belirlenmiştir.
Otonom görevlerde kullanılacak kütüphaneler aşağıdaki gibidir.
Opencv: Görüntü işleme işlemlerini kolaylaştıran bir kütüphanedir. Çember
algılama, renk algılama , hedef algılama , vb. gibi görevler bu kütüphane ile
yapılmaktadır.
47
Imutils: Görüntü üzerinde işlemler yapmak için kullanılmaktadır.
Kameranın yerleşme açısına göre görüntüyü döndürme , görüntü boyutlarını
belirleme gibi işlemler bu kütüphane üzerinden yapılmaktadır.
Numpy: Hesaplamaları hızlı bir şekilde yapmamızı sağlayan bir matematik
kütüphanesidir. Gelen görüntü değerlerini Numpy kütüphanesi ile
işlenmektedir.
Pymavlink & Mavproxy: Raspberry Pi ile Pixhawk donanımlarının birbiri
ile haberleşmesi için Pymavlink kütüphanesi kullanılmaktadır. Raspberry
Pi’nin motorlara pwm sinyalleri göndermesi için Mavproxy kütüphanesi
kullanılmaktadır.
Time: Zamanlama işlemleri için Time kütüphanesi kullanılmaktadır.
Tesseract-OCR: Gelen görüntüden yazıları algılamak ve okumak için
Tesseract-OCR kütüphanesi kullanılmaktadır.
Engel Geçiş Görevi:
Engel geçiş görevi için Opencv kütüphanesi kullanılmıştır. Gelen görüntü
üzerinde renklerin bir işlevi olmadığı için görüntü renksizleştirilmektedir.
Bu sayede robot tarafından işlenen veri minumuma indirgenmiştir. Kodlarda
bulunan X değeri robotun kamerasından gelen x eksenini temsil etmektedir.
Y değeri robotun kamerasından gelen görüntünün y eksenini temsil
etmektedir. R ise algılanan hedefin büyüklüğünü temsil etmektedir.
48
Daire’nin içinden geçmek için algoritma şu şekildedir:
Python diliyle yazılmış kodlarımız aşağıda açıklamaları ile verilmiştir.
49
Hedef Tanıma Görevi:
Objelerin tespiti için Opencv, Yazıların okunması için Tesseract OCR
kütüphanesi kullanılmıştır. Algoritma aşağıda belirtilmiştir.
50
Bu görev için kullanılmış kodlar ve açıklamaları aşağıda bulunmaktadır.
51
Denizaltının Tespiti ve Sualtı Aracının Konumlanması
Bu görev için daireler tespit edilip opencv ile çapları hesaplanacaktır.
Hesaplanan değere göre halkaların içerisinde bulunan görüntü farklılıları
hesaplanarak dumlupınar denizaltısı tespit edilecektir. Buna göre En yakın
yere konumlandırılacaklardır. Bu görev için komutlar aşağıdaki şekildeki
gibidir.
52
Parametreler ve Güvenlik
Robotun üzerinde yazılımsal etkenlerden kaynaklanan bir çok parametre vardır. Bu
parametrelerin kontrolü çok önemlidir. Parametreler her bir kod parçacığının ve
donanımın çalışma düzenini, kontrolünü temsil eder. Aynı zamanda güvenlik ve diğer
etkenlerin sınırlarını belirler.
FS_BATT_ENABLE: Akü Arıza Koruması Etkinleştir
Akü voltajı veya akım düşük olduğunda, güvenliğin devreye girip girmeyeceğini kontrol
eder
değer anlam
0 engelli
1 Sadece uyar
53
2 Etkisizleştir
3 Yüzey moduna girin
FS_BATT_VOLTAGE: Arızalı akü gerilimi
Arıza emniyetini tetiklemek için akü voltajı. Akü voltajı güvenliğini devre dışı bırakmak
için 0'a ayarlanmaktadır.
• Artış: 0,1
• Birimler: V
FS_BATT_MAH: Arızalı akü milliAmpHours
Arıza emniyetini tetiklemek için kalan pil kapasitesi. Kalan pil güvenliğini devre dışı
bırakmak için 0 olarak ayarlanmaktadır.
• Artım: 50
• Birimler: mA.h
FS_GCS_ENABLE: Yer İstasyonu Arıza Koruması Etkinleştir
GCS kalp atışı kaybolduğunda ne yapılması gerektiğini kontrol eder.
değer anlam
0 engelli
1 Sadece uyar
2 Etkisizleştir
3 Derinlik tutma moduna girin
4 Yüzey moduna girin
FS_LEAK_ENABLE: Kaçak Arıza Koruması Etkinleştir
Bir sızıntı tespit edilirse ne yapılması gerektiğini kontrol eder.
değer anlam
0 engelli
1 Sadece uyar
54
2 Yüzey moduna girin
FS_PRESS_ENABLE: Dahili Basınç Arıza Koruması Etkinleştir
Dahili basınç FS_PRESS_MAX parametresini aştığında ne yapılması gerektiğini
kontrol eder.
değer anlam
0 engelli
1 Sadece uyar
FS_TEMP_ENABLE: Dahili Sıcaklık Arızası Koruması Etkin
Dahili sıcaklık FS_TEMP_MAX parametresini aştığında ne yapılması gerektiğini
kontrol eder.
değer anlam
0 engelli
1 Sadece uyar
FS_PRESS_MAX: Dahili Basınç Arıza Eşiği
Arıza emniyetini tetiklemeden önce izin verilen maksimum iç basınç. Hatalı işlem,
FS_PRESS_ENABLE parametresi tarafından belirlenir
• Birimler: Pa
FS_TEMP_MAX: Dahili Sıcaklık Arızası Eşiği
Arıza emniyetine başlamadan önce izin verilen maksimum iç sıcaklık. Hatalı işlem,
FS_TEMP_ENABLE parametresi tarafından belirlenir.
• Birimler: degC
55
FS_TERRAIN_ENAB: Arazi Arıza Koruması Etkinleştir
OTOMATİK modda arazi bilgisi kaybedilirse ne yapılması gerektiğini kontrol eder
değer anlam
0 Etkisizleştir
1 Pozisyonu Tut
2 Yüzey
FS_PILOT_INPUT: Pilot girişi başarısız güvenli eylem
FS_PILOT_TIMEOUT parametresi tarafından belirtilen zaman aşımı süresinden sonra
pilot giriş alınmadıysa ne yapılması gerektiğini kontrol eder
değer anlam
0 engelli
1 Sadece Uyar
2 Etkisizleştir
FS_PILOT_TIMEOUT: Pilot girişin güvenliğini engellemek için zaman aşımı
Güvenli olmayan işlem tetiklenmeden önce alınan pilot girişleri arasındaki maksimum
aralığı kontrol eder
• Menzil: 0,1 3,0
• Birimler: s
XTRACK_ANG_LIM: Crosstrack düzeltme açısı sınırı
Geçerli nokta ve ara nokta navigasyonu sırasında istenen rota arasında izin verilen
maksimum açı (derece cinsinden)
• Menzil: 10 90
56
MAG_ENABLE: Pusula etkinleştirme / devre dışı bırakma
Bunu Enabled (1) olarak ayarlamak pusulayı etkinleştirir. Bunu Disabled (0) olarak
ayarlamak pusulayı devre dışı bırakacaktır.
değer anlam
0 engelli
1 Etkin
ANGLE_MAX: Açı Max
Tüm uçuş modlarında maksimum yalın açı
• Menzil: 1000 8000
• Birimler: cdeg
RC_FEEL_RP: RC Feel Rulo / Adım
RC, kullanıcı girişi için araç tepkisini kontrol eden, 0 son derece yumuşak ve 100 keskin
• Menzil: 0 100
• Artış: 10
değer anlam
0 Çok yumuşak
25 Yumuşak
50 Orta
75 gevrek
100 Çok Gevrek
FS_EKF_ACTION: EKF Hatalı İşlem
EKF arızalı güvenlik çağrısı yapıldığında gerçekleştirilecek eylemi kontrol eder
değer anlam
0 engelli
1 Sadece uyar
57
2 Etkisizleştir
FS_EKF_THRESH: EKF arıza emniyetli varyans eşiği
Maksimum kabul edilebilir pusula ve hız değişiminin ayarlanmasına izin verir
• Değerler: 0.6: Katı, 0.8: Varsayılan, 1.0: Rahat
FS_CRASH_CHECK: Çarpışma kontrolü etkin
Bu otomatik çarpışma kontrolünü sağlar. Etkinleştirildiğinde, bir çarpışma tespit
edildiğinde motorlar devre dışı kalır.
değer anlam
0 engelli
1 Sadece uyar
2 Etkisizleştir
JS_GAIN_MAX: Maksimum joystick kazancı
Maksimum joystick kazancı
• Menzil: 0,2 1,0
JS_GAIN_MIN: Minimum joystick kazancı
Minimum joystick kazancı
• Menzil: 0,1 0,8
ARMING_ACCTHRESH: İvmeölçer hata eşiği
Tutarsız ivmeölçer belirlemek için kullanılan ivmeölçer hata eşiği. Bir donanım veya
kalibrasyon hatasını tespit etmek için bu hata aralığını diğer ivmeölçerlerle karşılaştırır.
Düşük değer, daha sıkı kontrol ve silahlanma kontrolünden geçmek daha zor demektir.
Tüm ivmeölçerler eşit yaratılmamıştır.
• Menzil: 0,25 3,0
• Birimler: m / s / s
58
4.4. Dış Arayüzler
Bütün kontrol sisteminin arayüzü ve verilerin akışı (Motor kontrolleri, sensör
kalibrasyonları ve su altı aydınlatma sistemleri) QGroundControl yazılımı üzerinden
sağlanmaktadır. Raspberry Pi üzerinde yapılan işlemler Python ile yapılmaktadır. Motor
kontrolleri ve sensör verilerinin işlenmesi ise Java üzerinden Pixhawk Toolchain’i ile
yazılmaktadır.
5. GÜVENLİK
Bu bölümde robotun yapılışı ve deney aşamalarında iş güvenliğine uygun olarak alınan
önlemler ve tahmin edilebilen güvenlik senaryoları anlatılmıştır.
Güvenlik Felsefemiz ve Güvenlik Yönetmeliklerimiz:
BAUROV Ekibi olarak güvenlik felsefemiz, “Ekip arkadaşlarımız en değerli
kaynağımızdır ve hiçbir şey kişisel güvenlikten daha önemli değildir.” Tüm kazaların
önlenebileceğine ve emniyetin herkesin işinin ayrılmaz bir parçası olduğuna inanıyoruz.
Güvenlik yönetmelikleri, yaralanmayı önlemeyi veya azaltmayı amaçlayan zorunlu
gereklilikler olarak tanımlanmaktadır. (Barss, Peter, Gordon Smith, Susan Baker, and
Dinesh Mohan. Injury Prevention: An International Perspective. New York: Oxford
University Press, 1998.)
BAUROV ekibi olarak güvenlik yönetmeliklerimizi 4 ana başlık altında topladık:
• Mekanik Güvenlik
• Elektronik Güvenlik
• Yazılım Güvenliği
• Çalışma Alanı ve Test Güvenliği
Mekanik Güvenlik:
BAUROV ekibi olarak robotu yaparken başta takım üyelerini ve kullandığımız mekanik
parçaların güvenliğini sağlamak amacıyla mekanik güvenlik önlemlerine dikkat
ediyoruz. Güvenlik Önlemleri aşağıda belirtilmiştir,
59
• Kullanılan araç gereçlerin ve mekanik parçaların keskin yüzeylerinden
korunmak için eldiven kullanılması zorunludur.
• Öz güvenliğini sağlamak için güvenlik gözlüğü takılması zorunludur.
• Kullanılıp işi bitmiş malzemeler ortalıkta bırakılmamalıdır.
• Motorlar üzerinde çalışma yaparken etrafında el, kol vs. ve motora zarar
verebilecek küçük parçalar bulunmamalıdır.
Elektronik Güvenlik:
BAUROV ekibi olarak robotu yaparken başta takım üyelerini ve kullandığımız
elektronik parçaların güvenliğini sağlamak amacıyla elektronik güvenlik önlemlerine
dikkat ediyoruz. Güvenlik Önlemleri aşağıda belirtilmiştir,
• Elektronik parçalar üzerinde çalışma yaparken parçaların üstünden akım
geçmediğine emin olunmalıdır.
• Kısa devreler sonucu oluşabilecek yanma durumlarında etrafımızda yangın
söndürme tüpü bulunmalı ve bilir kişi tarafından hemen müdahale edilmelidir.
• Kullanılan kabloların açıkta kalan kısımları su geçirmeyecek şekilde
kapatılmalıdır.
• Elektronik işlemler sırasında çarpılmalardan koruma amacıyla eldiven giyilmesi
zorunludur.
• Robotta meydana gelebilecek sorunlar karşısında “acil kapatma butonunun”
çalışır halde olmasına dikkat edilmelidir.
Yazılım Güvenliği:
BAUROV ekibi olarak robotun yazılımı sırasında başta takım üyelerini ve
kullandığımız yazılım parçalarının güvenliğini sağlamak amacıyla yazılım güvenlik
önlemlerine dikkat ediyoruz. Güvenlik Önlemleri aşağıda belirtilmiştir,
• Yazılım sırasında kullanılan teknik ekipmanların yanında sıvı bir madde
bulunmamalıdır.
• Yazılımda kullanılacak olan kartların bilgisayara güvenli bir şekilde
bağlandığından emin olunmalıdır.
Çalışma Alanı Güvenliği:
BAUROV ekibi olarak robotun yapıldığı çalışma ortamının güvenliğini ve düzenini
sağlamak amacıyla çalışma alanı güvenliği önlemlerine dikkat ediyoruz.
Güvenlik Önlemleri aşağıda belirtilmiştir,
• Çalışma alanında kullanılan bütün ekipmanlar gün sonunda yerlerine temiz ve
düzgün bir şekilde yerleştirilmelidir.
• Etrafta kesici ve delici yüzeylere sahip teknik ekipmanlar bırakılmamalıdır.
• Çalışma işlemleri sonunda kullanılan elektrikli eşyalar prizde takılı
bırakılmamalıdır.
• Yerlerde herhangi bir eşya bırakılmamalıdır.
• Zeminin ıslak veya kaygan olmamasına dikkat edilmelidir.
• Robot üstünde yapılan çalışmaların sonunda robot güvenli bir yere etrafında
uyarılar bulunarak bırakılmalıdır.
60
Üretim Aşamalarında Alınan Güvenlik Önlemleri:
• CNC operatörü işlemler sırasında iş güvenliği için gözlük ve eldiven
kullanmıştır.
• Kaynak işlemleri sırasında ısı ve ışıktan korunmak için maske ve eldiven
takılmıştır.
• Elektrik kaçaklarının meydana getirebileceği olası tehlikelerden korunmak için
kontrol kalemi kullanılmıştır.
Test Aşamalarında Alınan Güvenlik Önlemleri:
• Robot havuza girmeden önce açıkta kalan elektronik parça ve kablo
olmadığından emin olunmalıdır.
• Kullanılan akrilik tüpün içinde hava kalmadığı teyit edilmelidir.
• Operatöre gerekli bilgilendirmeler öncesinde yapılmalıdır.
• Acil durum butonunun çalıştığından emin olunmalıdır ve son kontroller
yapılmalıdır.
• Test sırasında kullanılan havuzda motorlara takılabilecek küçük parçaların
olmadığından emin olunmalıdır.
• Robot havuzun içindeyken oluşabilecek elektrik kaçaklarından korunmak için
havuz etrafında ve içinde kimse bulunmamalıdır.
• Test sonrası robot temiz suyla yıkanmalıdır.
• Test sonrasında robot tamamen kurumadan elektronik parçaların hiç birisine
dokunulmamalıdır.
Güvenlik Kontrol Listesi:
BAUROV ekibi olarak güvenlikten sorumlu birimimiz tarafından hazırlanan güvenlik
kontrol listesi bulunmaktadır. Yarışma esnasında yapılacak son kontroller ve görevli
kişiler aşağıdaki tabloda belirtilmiştir.
GÜVENLİK ÖNLEMİ SORUMLU KİŞİLER
Takım üyelerinde eldiven ve gözlük bulunmalıdır Elif Su Özoğlu
Güvenlik butonunun çalıştığı kontrol edilmeli. Batuhan Ekin Akbulut
Motorlar çalışırken etrafı güvenli hale getirilmeli. Burak Uçar
Kabloların dağınık olmamasına dikkat edilmeli. Mehmet Koç
Çalışma alanının düzenliliği sağlanmalı. Zeynep Arslan
Sızdırmazlık için gerekli koşullar sağlanmalı. Arda Akgül
Yazılımın doğru çalıştığı ve elektronikte kaçak
olmadığı teyit edilmeli.
Enis Getmez
Batuhan Ekin Akbulut
Karşılaşılabilecek Güvenlik Problemleri ve Çözümleri:
Güvenlik önlemlerinin uygulanmasına ne kadar dikkat etsek de başımıza gelebilecek güvenlik
problemlerinin çözümleri hakkında BAUROV ekibi olarak temkinli davranmaktayız. Aşağıda
karşılaşılabilecek güvenlik problemleri ve çözümleri açıklanmıştır.
PROBLEM 1: Elektrik devrelerinde aşırı yük ya da gerilim oluşması ve yangın çıkması.
ÇÖZÜM: Duman, yanık kokusu, alev gibi durumlarla karşılaşan kişiler soğukkanlı olmalı ve
panik yapmadan çevresindeki kişileri uyarmalıdır, Acil durum butonu kullanılmalı ancak
61
çalışmazsa en yakındaki yangın tüpü ile duruma müdahale edilmelidir. Yangın önlenemez ise
olay yeri hızla terk edilmeli ve 110 itfaiye aranarak haberdar edilmelidir.
PROBLEM 2: Motorlar çalışırken ekip üyelerinden birinin elinin sıkışması.
ÇÖZÜM: Acilen robota verilen güç kesilmeli ve hemen sağlık ekiplerine haber verilmelidir.
PROBLEM 3: Test sırasında havuzda robotun su geçirmesi sonucu oluşabilecek elektrik
kaçağı.
ÇÖZÜM: Kimsenin suyla temas haline olmadığı kontrol edilmeli. Havuzdaki robotun
çıkartılması için görevli kişilere haber verilmeli ve durumdan bahsedilmelidir.
6. TEST
• Elimizdeki tüm donanımların çalışma durumları harici olarak test edilmiştir. Bozuk
olanlar onarılmıştır.
• Tüp kapakları açılıp kapanma işleminden sonra akrilik boru, vakum pompası
kullanılarak sızdırmazlık testine tabi tutulmuştur. Basınç -0,3 bar ile -0,7 bar aralığında
bırakılıp herhangi bir değişim gözlenmez ise testi başarıyla geçmiş olarak sayılmıştır.
• Robotun suda yüzerliği ve dengesi ölçülmüştür. Yapılan hesaplamalarla
karşılaştırılmıştır. Robotun arka tarafı ağır geldiğinden dolayı yüzdürücüler arkaya
doğru çekilmiştir.
• Motor bağlantıları tam olarak bağlandıktan sonra herhangi bir sorun olmadığından emin
olmak adına motor numaraları, nihai motor konumları, motor pervane yönleri ,
motorların çalışma durumları ve motor tepkileri test edilmiştir. Ters bağlanan motorlar
yönleri yazılım ile düzeltilmiştir.
• Robotun suda doğru bir şekilde ilerleyebilmesi için otopilot kartının kalibrasyonu doğru
olmalıdır. Suya inmeden önce kalibrasyon test edilip, bir hata gözlenirse kalibrasyon
tekrar yapılmaktadır.
• Robot suya indirildikten sonra robotun suda doğru ilerlediğini test etmek için operatör
kumanda komutlarını suda çeşitli manevralar yaparak test etmektedir.
• Basınç sensöründen gelen veriler suyun 0 noktasında ölçülerek test edilir. Bir hata
gözlenir ise basınç sensörü baştan kalibre edilir.
• Robotik kolumuzun işleyişini test etmek için sualtı temizleme görevinin objelerini 3
boyutlu yazıcıdan çıkartarak denenmiştir.
• Manevra kabiliyetini test edebilmek için oluşturulan parkurda manevralar test
edilmiştir.
62
Robotik Kol Testi
Manevra Testi
63
Manevra Testi
64
7. TECRÜBE
TEKNOFEST 2019 İnsansız Su Altı Sistemleri Yarışması, BAUROV Ekibi olarak
katıldığımız dördüncü yarışma olacaktır. Bundan önceki katıldığımız üç yarışmada 3
farklı robot tasarladık. Bu yüzden bu yarışma için hazırlanırken ilk başlangıç noktası
diğer üç robotu tekrar kurarak hızlı bir şekilde bunları test etmeye başladık. Yukarıda
test başlığı altında denediğimiz her şeyi bütün bu eski 3 robota da uyguladık. Bunu
yapmaktaki en önemli amacımız, eski üç robotumuzdan herhangi biri TEKNOFEST
2019 Yarışması’ndaki ihtiyaçlarımızı karşıladığı taktirde hızlı bir şekilde tasarımı
aşamasını revize edip operatörümüz için daha fazla antrenman zamanı ayırıp otonom
görevler için yazılım aşamasına yönelmekti. Fakat bu testler aşamasında her bir robotun
eksik yönlerinin olduğunu fark edip TEKNOFEST 2018 Yarışması’ndaki robotumuzun
6 motordan 8 motora revize etme kararı aldık. Yaptığımız testlerden görüntüler aşağıda
yer almaktadır:
Test 1
65
Test 2
Test 3
Edinilen Tecrübeler:
• Stabilizasyon ve hız Sualtı aracı için en önemli unsurlardan birisidir.
• Su geçirmezliği sağlamak için özellikle akrilik tüpe giren kabloların
konnektörlerinin çok dikkatli ve özenli bir şekilde epoksilenmesi gerekmektedir.
• CAD ve gerçek hayat denemeleri her zaman birbirini tutmamaktadır. Bu yüzden
kolay yerleştirilebilecek ufak boyutlu yüzdürücüler ekip çantasında
barındırılmalıdır.
• Elektronik devre tasarımında topraklama bağlantıları çok dikkatli kontrol
edilmelidir. Yüksek akımlı yüklenmelere bağlı robot ile iletişi sorun
yaratmaktadır.
• Sensör ve otopilot kalibrasyonu çok dikkatli yapılmalıdır yoksa sürüş esnasında
operatöre ciddi sıkıntılar yaşatabilir.
• Suya her girişten önce pervane dönüş yönleri mutlaka kontrol edilmelidir.
66
8. ZAMAN, BÜTÇE VE RİSK PLANLAMASI
Zaman ve bütçe planlamasında ÖTR’de belirtmiş olduğumuz çizelgelere uygun olarak
proje planlamamıza devam ediyoruz. Yarışmanın en başından itibaren iki planlamayı
çok iyi bir şekilde oturttuğumuz için KTR’de herhangi bir değişiklik yapmaya ihtiyaç
duymadı. Tek ve ufak bir değişim ise bütçede bulunan şase için kullanacağımız sigma
profiller yerine alüminyum sac alınmasıdır. Bu giderde sponsorluk sayesinde
karşılandığı için bütçemize bir etkisi olmamaktadır. Bunun yanında ise T3 Vakfı’nın
bize hibe olarak verdiği 3500 lirayı ise özgünlük başlığı altında anlatacağımız kendi su
altı motorumuzu ve robotik kolumuzu geliştirmek için AR-GE faaliyetleri altında
harcamayı planlıyoruz. Zaman çizelgemiz ve gelir – gider tablolarımız şu şekildedir:
Zaman Planlaması:
Bütçe Planlaması:
GİDER
Ürün Adet Fiyat Toplam Fiyat
Thruster 8 783,00 TL 6264,00 TL
Raspberry Pi 1 237,00 TL 237,00 TL
Pixhawk 1 575,00 TL 575,00 TL
ESC 8 115,00TL 920,00 TL
Enclosure 1 920,00 TL 920,00 TL
48 – 12 V – 30 A
Düşürücü
2 173 346,00 TL
Elektrik Kablosu 20 metre 834,00 TL 834,00 TL
Ethernet Kablosu 20 metre 580,00 TL 589,00 TL
Sarf Malzemeleri 1000,00 TL 1000,00 TL
Diğer 1000,00 Tl 1000,00 TL
Toplam 12685,00 TL
GELİR
Ürün Adet Fiyat Toplam Fiyat
Alüminyum Sac 1 m2
SPONSORLUK Alüminyum Boru 1 m
Kaynak
T3 Vakfı Hibe 3500,00 TL
Bahçeşehir
Üniversitesi
17000,00 TL
Toplam 20500,00 TL
67
Risk Yönetimi Nedir?
Risk, projemizin zaman çizelgesini, performansını veya bütçesini potansiyel olarak
etkileyebilecek şeylerdir. Riskler potansiyeldir ve proje yönetimi bağlamında, gerçekler
olursa, o zaman ele alınması gereken “konular” olarak sınıflandırılırlar. Dolayısıyla, risk
yönetimi, sorun yaratmadan önce riskleri belirleme, kategorilere ayırma,
önceliklendirme ve planlama sürecidir
Risk Yönetimi Felsefemiz:
Risk yönetimi bizim çalıştığımız sektörde en önemli hususlardan biridir, çünkü onsuz
bir gelecek hedefi tanımlamak doğru değildir. Riskleri göz önünde bulundurmadan
hedeflerimizi tanımlarsak, bu risklerden herhangi biri gerçekleştiğinde yönümüzü
kaybedecek olma ihtimaline karşı risk yönetimi her zaman önceliğimizdir. İş
stratejilerimizi uygulamakla ilgili belirsizliği azaltmak ve ortaya çıkabilecek fırsatları
en üst düzeye çıkarmak için riskleri belirler, analiz eder ve yönetiriz.
Risk Yönetimi:
Risk yönetimi sürecinin ana unsurları aşağıda listelenmiştir.
• İçeriği Oluştur:
Sürecin geri kalanının gerçekleşeceği bağlamı oluşturup riskin
değerlendirileceği kriterler belirlenmeli ve analizin yapısı tanımlanmalı.
• Riskleri Tanımla:
Daha fazla analiz için temel olarak nelerin, neden ve nasıl ortaya çıkabileceğini
belirleyin.
• Riskleri Analiz Et:
Mevcut kontrolleri belirleyip, sonuç ve olasılık açısından riskleri bu kontroller
bağlamında analiz ediniz. Analiz, potansiyel sonuçların aralığını ve bu
sonuçların ortaya çıkma ihtimalini göz önünde bulundurmalıdır.
• Riskleri Değerlendirin:
Öngörülen kriterlere göre tahmini risk seviyelerini karşılaştırın, böylece
risklerin sıralanması ve yönetim öncelikleri tanımlanabilir.
• Riskleri Tedavi Et:
Düşük öncelikli riskler izlenmeli ve gözden geçirilmelidir. Daha yüksek sonuç
riskleri için, riski kabul edilebilir bir seviyeye indirmek için gereken tüm
hususları dikkate alan özel bir yönetim planı veya prosedürü geliştirin ve
uygulayın.
• İzleyin ve İnceleyin:
Risk yönetim sisteminin performansını ve etkileyebilecek değişiklikleri izlemek
ve gözden geçirmek.
• İletişim Kurun ve Danışın:
Risk yönetimi sürecinin her aşamasında ve bir bütün olarak sürecin uygun
aşamasında iç ve dış paydaşlarla iletişim kurun ve danışın
68
Risk Senaryoları:
RİSK 1: Yarışmadan çok kısa bir süre önce motorlardan birinin veya daha
fazlasının hasar görmesi.
Çözüm 1: Teknik ekip tarafından hasar analiz edilir, hasar tamir edilebilecek
seviyede ise, hasarı tamir edip sonrasında iş güvenliği çerçevesinde test edilir.
Çözüm 2: Envanterimizde eğer yedek motor/motorlar varsa hasar görmüş
motor/motorlar yerine monte edilir.
Çözüm 3: İl sınırları içinde, bütçemizin karşılayabileceği ve benzeri güçte bir
motor alıp onu izole etmek.
RİSK 2: Yarışmadan çok kısa bir süre önce robot kolun bozulması.
Çözüm 1: Robot kolda ki hasarlı parçayı tespit edip değişebiliyorsa hasarlı
parçayı değiştirmek. Eğer parça 3 Boyutlu yazıcıdan çıkabilecek bir parça ise,3
Boyutlu yazıcıdan bastırılır.
Çözüm 2: Tüm fonksiyonları aynı olmasa bile, kısa zaman içinde robot kol
tasarlanıp 3D yazıcıdan çıkartılır.
RİSK 3: Robot üstünde herhangi bir elektronik parçanın bozulması.
Çözüm 1: Teknik ekip tarafından hasar analiz edilir, hasar tamir edilebilecek
seviyede ise, hasarı tamir edip sonrasında iş güvenliği çerçevesinde test edilir.
Çözüm 2: Envanterde yedeği bulunuyor ise, teknik ekip tarafından yedek parça
monte edilir.
RİSK 4: Test ve deneme sürecinde, robotun su aldığı tespit edildi.
Çözüm 1: Teknik ekip tarafından derhal robota verilen elektriği kesip, elektrik
kesilmeden kimsenin robota müdahale etmediğinden emin olduktan sonra,
robotu sudan çıkartıp kurutma işlemine başlanır.
RİSK 5: Operatörümüz hastalanıp yarışma esnasında faaliyet gösteremeyecek
olması.
Çözüm 1: Takımımızda iki adet yardımcı operatör bulunmaktadır. Böyle bir
durumda, onlardan biri ana operatörümüz yerine robotu yarışma esnasında
kullanır.
Çözüm 2: Her bir manuel görev otonom yazılır.
RİSK 6: Finansal bir sorun ile karşı karşıya kalınması.
Çözüm 1: Ana sponsorlarımızdan biri olan Bahçeşehir Üniversitesi’nden ek
bütçe talep etmek.
Çözüm 2: İlerde takım bütçesinde yeterli miktar olunca geri ödenmesi şartı ile,
takım üyelerinden eşit miktarda para toplamak.
69
9. ÖZGÜNLÜK
BAUROV Ekibi olarak özgünlük başlığı adı altında AR – GE çalışmalarımızı
sürdürmekteyiz. Bu çalışmaları yaparken daha çok yeni kurulmuş bir takım olduğumuzu
göz önünde bulundurarak ayağı yere basan faaliyetler sürdürmekteyiz. Bu etapta asıl
ulaşmak istediğimiz nokta maliyetlerimizi olabildiğince düşürüp sponsorlara olan
bağımlılığımız olabildiğince azaltabilmektir. Bu başlık altında olan çalışmalarımız 4
farklı noktada yoğunlaşmıştır. Bunlar şu şekildedir:
• Robot Dizaynı:
Bu tasarımımızın ilk versiyonunu TEKNOFEST 2018’de denemiştik. Orada
edindiğimiz tecrübeler sayesinde tasarımın bir üst versiyonunu tasarlamaya
başladık. Bu tasarımdaki özgünlük 2 boyutlu bir tasarımın az maliyetli bir şekilde 3
boyuta çevrilmesidir. Araştırma yapıldığında bu tarz tasarımların endüstriyel
tasarım olarak bulunabildiği görülmektedir. Fakat prototip aşamasına çokça
geçirilmemiştir. Bunun başlıca 2 sebebi vardır. Bu tarz kabuklu tasarımlar CNC’ de
talaşlı imalat yöntemiyle üretildiği için hem çok maliyetli hem de ağır olmaktadır.
Biz de bu iki olumsuz noktayı tamamen yenilikçi bir çözüm ile atlattık. Bu süreç
mekanik tasarım başlığı adı altında adım adım anlatılmıştır. Kolay üretilebilirliği ve
revize edilebilmesi sayesinde ticari amaçlı üretim içinde kolaylık sağlayabilir. Bunu
yanında 3 boyutlu yazıcıdan çıkartılan kabuk sayesinde şık ve tek parça dizayn
70
görünümüne ulaşılmasıyla birlikte istenilen renkte üretilebilmesi de bu tasarıma
“özelleştirilebilme” özelliği eklemektedir.
• Robotik Kol:
Geliştirilmekte olan robotik kol 1 adet step motorun sonsuz mil yardımı ile rotasyon hareketini
pistonlarda olan lineer harekete dönüştürerek kıskaçların hareketini sağlamaktadır. Kolun dış
gövdesi üç parçadan oluşmaktadır. Su geçirmezliği sağlamak için o ring flanş kullanıldı.
Yaptığımız testler sonucunda step motorun su geçirmesine rağmen 3 metreye kadar olan
derinliklerde sorunsuz bir şekilde çalıştığını gözlemledik. Su geçirmesinin tek eksi noktası
verimlilikte yaşanan düşüştür. Robotik kol sadece basit aç kapa hareketi yaptığı için verimlilikte
yaşanan kayıp hiçbir şekilde bizi etkilemediği gözlemlendi. Bu sayede çok basit şekilde kurulan
mekanik düzen sayesinde birden fazla serbestlik noktası olan robotik kol tasarlayabiliriz. Bu
fikrin ilk adımı olarak yukarıda teknik çizimleri bulunan robotik kolu tasarladık. Önümüzdeki
plan ise yarışma sürecine kadar bu tasarımı daha da geliştirip yarışmada etkin bir şekilde
kullanmaktır.
• İzolasyon Yoluyla Ucuz Su altı Motoru Geliştirmek:
Yaptığımız araştırmalar sonucunda “Turnigy L2508A-3500 Brushless Heli Motor” motor modelinin
bizim güç ihtiyacımızı karşılayabilecek bir teknik özellikte olduğunu fark ettik. Teknik
özellikleri ise şu şekildedir.
Boyut: 25mm x 20.5mm
Ağırlık: 31g
Kv: 3500rpm/V
Voltaj: 7.2v (2s)
Max Güç: 200w
71
Max Akım: 27A
ESC: 30A
Piyasa fiyatı olarak ulaşılması çok kolay olan(10,00 $) bu motoru kendi imkanlarımızla izole
ederek yine tekndi tasarladığımız pervane ve nozzle ile düşük maaliyetli yüksek performanslı
bir motor tasarlamaya çalışacağız. Bu sayede bütçemizdeki en büyük gider kalemi olan motoru
minimuma indirgemiş olacağız. Bu noktadaki özgünlük ise şu şekildedir:
Herkese açık olan XFLR5 isimli CFD program sayesinde oluşturulacak kanat yapısının
performans testini çok kolay bir şekilde tamamlayacağız. Illinois Üniversitesi’nin herkese açık
olarak yayınladığı ve yoğunlukla hobi amaçlı hava araçlarıyla ilgilenen insanlar tarafından
kullanılan “https://m-selig.ae.illinois.edu/ads/coord_database.html” sitesi sayesinde 1600 adet
farklı pervane yapısına ulaşabiliriz. Bu 1600 adet tasarımı XFLR5 programına sokarak bize en
uygun olan yapıyı seçeceğiz. Önümüzdeki hedef ise yukarıda belirtilen motoru kullanarak en
uygun pervane tasarımını yapıp yarışma tarihine kadar bir örnek tasarım çıkartmaktır. XFLR5
ve internet sitesinin basit kullanımı ise şu şekildedir:
“https://m-selig.ae.illinois.edu/ads/coord_database.html” sitesinde bulunan 1600 adet tasarım
koordinat düzleminde noktalar olarak paylaşılmıştır. Örneğin Supermarine 371 – I isimli
dizaynın noktasal dizilimi şu şekildedir:
X Y
1.00 0.0000
0.95 0.0064
0.90 0.0142
0.85 0.0230
0.80 0.0323
0.75 0.0417
0.70 0.0507
0.65 0.0589
0.60 0.0657
0.55 0.0703
0.50 0.0728
0.45 0.0740
0.40 0.0741
0.35 0.0730
0.30 0.0708
0.25 0.0674
0.20 0.0625
0.15 0.0559
0.10 0.0468
0.075 0.0410
0.050 0.0337
0.025 0.0238
0.010 0.0149
0.005 0.0105
0.000 0.0000
0.005 -0.0097
0.010 -0.0135
0.025 -0.0207
0.050 -0.0284
0.075 -0.0349
72
0.100 -0.0380
0.15 -0.0444
0.20 -0.0490
0.25 -0.0522
0.30 -0.0543
0.35 -0.0556
0.40 -0.0559
0.45 -0.0555
0.5 -0.0542
0.55 -0.0519
0.60 -0.0489
0.65 -0.0431
0.70 -0.0368
0.75 -0.0299
0.80 -0.0229
0.85 -0.0161
0.90 -0.0098
0.95 -0.0044
1.00 0.0000
Bu noktaları XFLR5 programına geçirdiğimizde şu şekilde bir görüntü elde ediyoruz:
Bu görüntü noktaların birleşiminde oluşan bir kanat yapısıdır. Bu yapıyı analize soktuğumuzda
ise program bize aşağıdaki şekilde de gösterilen suya değme açısı ve performans grafiğini
vermektedir.
Bu iki basit program ve internet sitesi sayesinde istediğimiz kadar pervane dizaynı oluşturup
hem CFD olarak hem de gerçek hayatta test edebiliriz.
73
• Akrilik Tüp İç Dizaynı:
Birçok takımın aksine bu yarışmada robotumuza katılacak özgünlüklerden birisi
elektroniğin içinde bulunduğu su geçirmez tüpün tamamen CAD ortamında
tasarlanarak bütün elektronik parçaların tek tek yerlerini ve gerekli kablo
uzunluklarını belirlemek olacaktır. Bu sayede akrilik tüp içindeki karışıklık
engellenecek, elektronikle ilgili oluşabilecek herhangi bir sorunu gözlemlemek
daha kolay olacaktır. Bunun yanında sıkıntı çıkan elektronik parçanın konumu
belli olduğu için onu yenisiyle değiştirmek çok daha kolay olacaktır. Bu parça
yine 3 boyutlu yazıcı ile üretilecek olup, üzerinde değişiklik yapmak ve bunu
tekrar tekrar üretmek hem az maliyetli hem de hızlıdır.
74
10. REFERANSLAR
Basic ESC - Blue Robotics. (2019). Retrieved from
https://bluerobotics.com/store/thrusters/speed-controllers/besc30-r3/
Fathom ROV Tether (ROV-ready) – Blue Robotics. (2019). Retrieved from
https://bluerobotics.com/store/cables-connectors/cables/fathom-tether-nb-4p-26awg-r2/
High Power Cable (2 conductors, 12 AWG) - Blue Robotics. (2019). Retrieved from
https://bluerobotics.com/store/cables-connectors/cables/cab-a-2-12-awg/
Kit, p. (2019). Buy pH Sensor Kit with cheap price. Retrieved from
https://www.robotistan.com/ph-sensor-kiti
Low-Light HD USB Camera - Blue Robotics. (2019). Retrieved from
https://www.bluerobotics.com/store/sensors-sonars-cameras/cameras/cam-usb-low-light-
r1/
LW-20MG, P., & HD, P. (2019). Buy PowerHD Waterproof Copper Gear Digital Servo
Motor – LW-20MG with cheap price. Retrieved from
https://www.robotistan.com/powerhd-su-gecirmez-bakir-dislili-dijital-servo-motor-lw-
20mg
Newton Subsea Gripper - Blue Robotics. (2019). Retrieved from
https://bluerobotics.com/store/thrusters/grippers/newton-gripper-asm-r1-rp/
Pixhawk – Blue Robotics. (2019). Retrieved from https://bluerobotics.com/store/comm-
control-power/elec-packages/pixhawk-r1-rp/
Raspberry Pi 3 Model B - Blue Robotics. (2019). Retrieved from
https://www.bluerobotics.com/store/comm-control-power/elec-packages/rpi3-r1/
Raspberry Pi Camera Module v2 w/ Wide Angle Lens - Blue Robotics. (2019). Retrieved
from https://www.bluerobotics.com/store/sensors-sonars-cameras/cameras/cam-rpi-wide-
r1/
T200 Thruster – Blue Robotics. (2019). Retrieved from
https://bluerobotics.com/store/thrusters/t100-t200-thrusters/t200-thruster/
Ultra-high Resolution Pressure/Depth Sensor for 10m Depth. (2019). Retrieved from
https://bluerobotics.com/store/sensors-sonars-cameras/sensors/bar02-sensor-r1-rp/
Xl6009 Voltaj Yükseltici Regülatör Step Up Modülü Dc To Dc Conver - n11.com.
(2019). Retrieved from https://urun.n11.com/diger/xl6009-voltaj-yukseltici-regulator-step-
up-modulu-dc-to-dc-conver-P240741192
GrabCAD - CAD library. (2019). Retrieved from https://grabcad.com
Lehim Nedir? Lehim Nasıl Yapılır? | Robotistan.com. (2019). Retrieved from
https://maker.robotistan.com/lehim-nasil-yapilir/