Can Kurtaran Drone Projesi – Bölüm 1

Merhaba arkadaşlar,

Bu projede Ataşehir Adıgüzel Meslek Yüksekokulu, Makine ve Metal Teknolojileri Bölümü Mekatronik Programı‘nda öğrenim gören ve muhtemelen mezun olmuş; A.Buğrahan ELMACI, Fatih KIVRAK, Fatih ŞİT isimli arkadaşların bitirme tezi olarak gerçekleştirmiş oldukları Can Kurtaran Drone Projesi’nin 1.Bölümü anlatılmıştır. Sözü onlara bırakalım;

Yerden 500 metre yüksekliğe kadar çıkabilen ve ortalama 25 dakika havada kalabilen drone’lar uzaktan kontrol edilen insansız hava araçlarıdır. 20. yüzyılın birçok teknolojisi gibi savunma sanayi için gözlem amaçlı geliştirilen drone’lar askeri saldırılarda kullanılmaya başlanması ile yaygınlaşmaya başladı. Online perakende devi Amazon’un sipariş teslimatı konusunda insansız hava araçları ile ilgili çalışmalarıyla drone’lar medyanın gündemine oturdu.

Drone’lar bugün yaygın olarak hala askeri alanda kullanılmaya devam ediyor olsa da gazetecilikten perakendeye birçok farklı sektör yepyeni bir deneyim vadediyor. Dünyada hobi ve ticari amaçla drone kullanımı 2015 yılı itibariyle 4.3 milyar dolar seviyelerinde. Bu rakamın 2020 yılı itibariyle 11 milyar dolarlar seviyesine çıkması bekleniyor. Tabiri caizse çok kısa bir süre sonra herkesin bir drone’u olacak ve gökyüzü drone koridorlarından oluşacak desek hiç de abartmış olmayız.

Günümüzde ise savaştan çok günlük alanlardaki kullanımlara da adapte edilmeye çalışılmaktadır. Örneğin bugün bir çok ülkede Drone’lar zor ve tehlikeli görevlerde tercih edilse de aynı zamanda yangın söndürmek, gözlem, güvenlik  amaçlı da kullanılmaktadır. Mürettebatsız, durmadan belli bir irtifada uçabilme özelliğine sahip Drone’lar aynı zamanda Ar-Ge,Kargo ve taşımacılık, Sivil ve Ticari gibi alanlarda da kullanılmaktadır.

Şuanda bir çok ülke bu araçları kullanmaktadır ve aynı zamanda üretmeye çalışmaktadır. Özellikle askeri konuda baktığımızda kullanan taraf için çok büyük bir avantaj sayılabilecek Drone’lar sadece hedef belirleme gibi değil askeri anlamda bir kargo uçağı görevini de görebilir. Uçağın dışına veya gövdesine takılan yükler herhangi bir savaş esnasında askeri kargo görevini de görebilecektir.

Bunun yanı sıra günümüzde Türkiye’de dahil olmak üzere hassas bölgeleri bombalamak veya saldırmak konusunda kullanılmaktadır. Türkiye sadece bu teknoloji kullanmak değil aynı zamanda bunu üretme çabası içerisindedir. Bu konuda bir çok ülkeden önde olan ülkemizde çeşitli insansız hava uçağı modeli üretilmiştir.

Bu proje kapsamında denizde boğulan ve yardıma ihtiyacı olan insanlara cankurtaran kişiden önce drone ile daha hızlı ulaşmak ve kurtarmak amaçlanmıştır.

Tasarlanan drone’un ana işlevi şöyle açıklanabilir: Cankurtaran görevli tarafından görülen , boğulmak üzere olan kişiye havadan cankurtaran görevlisinin drone’u kontrol kontrollü bir şekilde kullanıp yardım bekleyen kişiye hızlı bir şekilde can simidi atması olarak açıklanabilir.

PROJEDE KULLANILAN MALZEMELER

 F450 QUADCOPTER GÖVDESİ

Multikopterin bel kemiği diyebileceğimiz parçasıdır. Tüm diğer parçalar bu gövde üzerine sabitlenir. Gövde boyutu, şekli ve üretildiği malzeme, drone’un kullanım amacına göre değişiklik göstermektedir. Boyut, çoğunlukla çapraz iki motor arasındaki uzaklığın milimetre cinsinden uzunluğu olarak ifade edilir.

Özellikler

4-Eksenli HJ600 plastik çerçeve takımı.

• Genişlik: 450mm
• Yükseklik: 55mm
• Ağırlık: 270gr

F450 Frame

KONTROL KARTI (ArduPilot APM 2.6)

APM 2.6 Kontrol kartı, multikopterin drone’umuzun ‘beyni’ olarak nitelendirebileceğimiz parçasıdır. Bu kartlar üzerinde jiroskop ve ivmeölçer sensörler bulunur. Bu sensörlerden aldığı bilgiye göre kart, motorların verilerini değiştirerek  istenilen yönde hareketi ve stabilizasyonu sağlar. Helikopterler , yatış manevraları ve kendi ekseninde dönme hareketini servo motorlar kullanılarak tamamen mekanik bir prensiple yapmaktadır. Drone’lar ise bu hareketleri farklı motorların devrini değiştirerek gerçekleştirebilir. Kumandadan gelen hareket yönüne karşılık olarak motorların devirlerini değiştirme işini tamamen kontrol kartı üstlenir.

APM 2.6 açık kaynaklı bir otopilot sistemidir. Uçak, helikopter, multikopter veya tekerlekli araçları tam otonom çalışmasını sağlar.Özellikle multikopterler için çok güçlü bir kontrolcüdür.

Kartın bu sürümü dahili bir pusulaya sahip değildir. Daha önceki versiyonda manyetik alandan etkilenen pusulanın bu versiyonda harici olarak bağlanması sayesinde, manyetik alanın dışına monte edilebilir bir hal almıştır. Özellikle mutikopter tasarımları için bu özellik çok hayati bir önem arz etmektedir.Dahli pusulalı 3DR uBlox GPS, GPS Mast sayesinde 8.7cm yüksekliğe monte edilebilmektedir.

Eğer APM 2.6’nızı pusulası olan bir GPS modülle kullanmıyorsanız bağımsız bir pusula ile kullanmanız gerekmektedir.

Kontrol Kartı ve Alıcı bağlantısı

Özellikler

• Arduino uyumludur.
• 3 eksenli jiroskop, ivmeölçer ve manyometrenin yanında bir de yüksek performanslı barometre içerir.
• Otomatik veri kaydı için dahili 4 megabyte Dataflash.
• İsteğinize göre pinleri üstten ya da yandan yerleştirebileceğiniz 2 farklı çeşit.
• Opsiyonel pusulalı harici GPS.
• Invensense’ in DoF İvmeölçer/Jiroskop MPU-6000 ‘ini kullanabilmek için dünyadaki ilk ve en güçlü açık kaynaklı otopilot sistemlerinden biridir.
• Barometrik basınç sensörü Measurement Specialties’in MS5611-01BA03’üne güncellenmiştir.
• Ayrı ayrı İşleme ve USB fonksiyonları için Atmel ATMEGA2560 ve ATMEGA32U-2

FIRÇASIZ MOTOR (23/13 960 KV DJI)

Brushless (fırçasız) motorlar gelişen teknolojiyle birlikte birçok alanda olduğu gibi robotikte de kullanım alanı bulmuştur.Standart motorlara göre yeni sayılabilecek bir motor teknolojisi olmalarına rağmen bugün fırçasız motorlarla her yerde karşılaşıyoruz. Bu dc motor türleri iç yapı olarak birebir AC senkron motorlara benzerler.Multikopterler de kullanılan motorlar, fırçasız DC motor olarak bilinen motorlardır. Bu tipte motor kullanılmasının sebebi, fırçasız motorların fırçalı motorlara göre çok daha verimli olması ve aşınan parça sayısının az olmasındandır. Farklı büyüklükteki gövdelerde farklı boyda motorlar kullanılır. Fırçalı motorların aksine fırçasız motorları sadece gerilimi değiştirerek sürmek mümkün değildir. Dikkat edersek fırçasız motorların 3 adet kablosu bulunmaktadır. Bu kabloların herhangi ikisini doğrudan bir gerilim kaynağına (örneğin bir pil) bağlarsak, gerilim kaynağını kısa devre yapmış oluruz.

Kullanım alanları

Bu motorlar özellikle Hobi radyo kontrollü projeler için sıkça kullanılırlar. Birim enerji yoğunlukları daha iyi olduğu için RC arabalarda, Helikopterlerde,yüksek performans için fırçasız motorlar tercih edilmektedir.

Brushless motorların genel fırçalı motorlara göre birçok avantajı ve dezavantajı vardır.

Dezavantajları

Pahalı sistemler
Kompleks Kontrol
Isınma

Avantajları

Sessiz çalışma
Elektriksel gürültü oluşturmaması
Bakım kolaylığı
Uzun Ömür
Daha yüksek hızlar
Daha çok tork

Fırçasız motorları iç yapılarına göre 2’ye ayırabiliriz;

Inrunner (Inline) Fırçasız Motor

Motorun dönen kısmı yani rotoru motorun iç kısmındadır. Gövde (stator) sabittir. Bu motorların genellikle hızları diğer tür olan outrunner’a göre daha yüksektir. Buna karşılık motorların volt başına ürettikleri tork daha azdır. Rotorun içte olması birçok kullanım kolaylığı sağlar. Görünüş olarak standart fırçalı motorlara benzerler.

Outrunner (Outline) Fırçasız Motor

Motorun Rotoru dış kısımdadır. Yani motorun gövdesi döner sabit kısımsa içerdedir. Soğutulmaları bobin kısmının merkezde olması nedeniyle daha zordur. Outrunner motorların hızlarının daha düşük toklarının daha yüksek olmaları nedeniyle uçan projelerde (helikopter,quadcopter,drone,uçak..) daha sıklıkla kullanılırlar.

Bizim projemiz de kullandığımız motor türü Outrunner(Outline) Fırçasız motorlardır.Kullandığımız motor orjinal DJI motoru’nun birebir aynısı olan 23/13 kodlu 960 KV motordur.

Özellikler:

• Çap: 28.9mm
• Uzunluk: 13.7mm
• Stator çapı: 23mm
• Stator uzunluğu: 12mm
• Mil Çapı: 3mm
• Ağırlık: 65g
• Giriş Gerilimi: 2 ~ 3S Lipo
• Yüksüz akım: 0,4A

Motorun Çalışma Verileri Tablosu

ESC(Electronic Speed Controller) – RCTİMER 30A

En basit tanımla, motorun hızını ve dönüş yönünü elektronik olarak kontrol eden cihazlardır.Fırçasız motorların kullanılabilmeleri için mutlaka sürücüye ihtiyaçları vardır.RC model dünyasında bu sürücüye ESC denilmektedir. ESC ve motor kombinasyonunu, kullanacağımız gövde büyüklüğüne ve ağırlığına göre seçmemiz gereklidir. ESC’lerin  özellikleri arasında kullanılabileceği maksimum gerilim ve sağlayabilecekleri maksimum akım belirtilir. Motorların özellikler listesinden bakarak uygun ESC’yi kullanmamız gerekir.

ESC’lerin Voltaj Değeri

ESC seçerken desteklediği voltaj aralığına dikkat etmek gerekir. Bu aralık “5.8V-16.8V” gibi voltaj olarak gösterilebildiği gibi, “2-5 cells LiPo” gibi lithium polymer batarya hücre sayısı ile de anlatılıyor olabilir. Ne yazık ki bazı Çin malı ESC’lerin üzerinde hiçbirşey yazmaz, bu nedenle mutlaka ESC ile birlikte gelen kağıtları incelemek gerekebiliyor.

ESC’lerin Akım Değeri

ESC’lerin üzerinde, tipine göre 15A, 30A, 60A gibi rakamlar görürsünüz.Bu rakam ESC’nin başedebileceği maksimum akım değeridir.Bu nedenle ESC seçerken, kullanılacak motorun çektiği maksimum anlık (burst) akım dikkate alınmalı ve bu değerin en az %10 üzeri akım değeri olan bir ESC seçilmelidir.ESC’nin desteklediği akımın motora göre çok yüksek olmasının bir zararı yoktur, ancak unutulmamalıdır ki ESC büyüdükçe, ağırlığı ve fiyatı  artar.

Sistemde 4 adet RCTIMER 30A ESC kullanılmıştır.

Özellikleri:

• Giriş voltajı: DC 6-16.8V (2-4S Lixx)
• Geçerli Koşu: 30A (Çıkış: Sürekli 30A, 10 Saniyede kadar 40A Burst.)
• Boyutu: 36mm (L) * 26mm (W) * 7mm (H).
• Ağırlık: 32g.

RADYO KONTROLLÜ KUMANDA (Spektrum DX6i)

Radyo sistemi dendiğinde aklımıza, uzaktan kumanda alıcısı, uzaktan kumanda vericisi, servolar, açma kapama anahtarı, bağlantı kabloları ve sistemi besleyen bataryalar gelir. Sadece “radyo” dediğimizde ise biz modelciler uzaktan kumanda vericisini kastederiz. Bir model uçak pistinde “35.140 frekansında radyo açacağım” şeklinde bir anons duyduğumuzda, anonsu yapan pilotun otomobilinin radyosunu değil, 35.140 frekansında çalışan uzaktan kumanda vericisini  açmak üzere olduğunu anlarız.

Radyo sistemi, öncelikle uzaktan kumanda vericisi (transmitter/TX) üzerindeki açma kapama anahtarının, daha sonra da uçağın üzerindeki açma kapama anahtarının açılması ile devreye alınır.

Uzaktan kumanda vericisi (transmitter/TX) pilotun elindedir ve kumanda üzerindeki çubukları ve düğmeleri kullanarak uçaktaki alıcıya (receiver/RX) sinyaller gönderir. Bu sinyalleri alan receiver, sinyalleri işleyerek bağlantı kabloları (servo wires) aracılığı ile servolara iletir. Servolar, içerisindeki küçük elektrik motorları ve dişliler ile, gelen elektronik sinyalleri mekanik dairesel hareketlere dönüştürür. Bu dairesel hareketler ise pushrod adı verilen metal çubuklar ile uçağın kontrol yüzeylerine iletilir. Bu sayede pilot, yüzlerce metre uzaktaki uçağını kontrol edebilir.

Drone’umuzu uçurabilmemiz için tabiki bir kumandaya ihtiyacımız olacak. Bir drone’u uçurmak için en az 4 kanada sahip bir hava aracı kumandası kullanmalıyız. RC kumandalara da en sık kullanılan mode 1 ve mode 2 olmak üzere iki stik konfigürasyonu mevcuttur. Bu ikisi arasındaki fark, gaz çubuğu ve rudder’ın farklı konumlarda olmasından kaynaklanır. Dünyada ve ülkemizde büyük çoğunlukta mode 2 kumanda kullanılır.

Günümüzde RC uzaktan kumandaların neredeyse hepsi 2.4 GHz frekansta çalışmaktadır. 2.4 GHz sistemler menzil konusunda ise en az 500 metre civarında bir performans gösterir. Bu mesafe, drone’u gözle göremeyecek kadar uzağa götürmemeniz, hem sizin hem de çevredekilerin güvenliği için daha doğru bir hareket olacaktır.

Bizim Projemiz de kullandığımız kumanda sistemi 6 kanallı SPEKTRUM DX6i ‘dir.

 

BATARYALAR (Zippy 2200 20C Series)

Yapısında Lityum ve Polimer kimyasallarını barındıran pillere kısaca LiPO pil denir. Elektrikli modelciliğin gelişmesinde bence çok katkısı olmuş bir pil türüdür. Günümüzde modelcilik dışında navigasyon cihazları, mp3 çalarlar gibi elektronik cihazlarda da artık kullanılmaya başlanmıştır.

Drone’larda kullandığımız piller lityum polimer tipteki pillerdir. Kısaca lipo batarya da denir. Bu piller ağırlık ve boyutlarına oranla oldukça fazla enerji verebilme yeteneğine sahiptir. Lityum polimer pillerin her bir hücresi, nominal olarak 3,7 V tam dolu olduklarında ise 4,2V gerilime sahiptir. Bu hücreler , birbirine paralel ve seri bağlanarak bataryanın kapasitesinin veya geriliminin artımını sağlar.

RCTIMER Karbon Pervaneler

Her motorun, özellikler listesinde en uygun çalışacağı pervaneler belirtilir. Drone’larda pervaneler çoğunlukla saat yönü (CW) ve saat yönünün tersi (CCW) dönecek şekilde birlikte bulunur. Drone’ların ön ve arka kısımlarına farklı renkte pervaneler takmamız drone’un yönünü karıştırmamız için doğru bir tercih olacaktır.

Özellikler

Uzunluk: 304.8 mm

Göbek Kalınlığı: 10mm

Delik Çapı: 6mm

Simit ve Tutucu Mekanizma

Hurdadan bulunan plastik parçalarla tamamen hayal gücüne dayanarak ürettiğimiz tutucu/bırakıcı mekanizma oluşturuldu. Mekanizma da kullanılan Servo Motor HK 15178 ‘dir.

Servo Motorun Özellikleri

Tork: 1.3kg / cm  4.8V, 1.5kg   6.0V

Ağırlık: 13.5 g

Hız: 0.10 / 60 °   4.8V, 0.08 / 60 °  6.0V

Voltaj: 4.8V ~ 6.0V

Turnigy 2.4 GHz  9X Sinyal Alıcı

Ultra hızlı tepki süresi ve parazitsiz bir şekilde kumanda dan aldığı komutları esc ve motorlara ileten parçadır.

Özellikler

Kanal Sayısı : 8

Boyutlar: 52x35x15mm

Ağırlık: 18 g

Alıcının kanal bağlantısı şekli

Birinci bölüm’ün sonuna geldik. İkinci bölümde toplamış olduğumuz parçaları toplayacağız ve test edeceğiz. İkinci yazı çok yakında, sizlerle 🙂

Esenle kalın,

ATAŞEHİR ADIGÜZEL MESLEK YÜKSEKOKULU

A.Buğrahan ELMACI

Fatih KIVRAK

Fatih ŞİT