Quadrotor… Long story short…

Hi fellows

Actually it is quite late to blog about this.. But i think at least i can share the materials rather than just keeping those in my archives.I’m not going to go much into details.We’ve started a project to build a Quadrotor at University.We’ve made presentations to some companies & foundations to get financial support.After 5-6 months of presentation we finally found some financial support.But the project start to evolve in a way that totally bother me.So i quit the project and the project ended a couple of days later… Anyway… as i already said im not going to blog about that part of the story because i think it would be ethically incorrect.

So… what i wanted to share here is the material i create for the presentations etc…Maybe it helps some people who are interested in Quadrotors…

3D Model i made for presentation, animation and simulation.

And here is an animation i made for a presentation for a locally big company.So i censored the company logo in the video , because they didnt volunteer to support the project :D.

Click here to watch

And here are some of the documents i wrote for presentations ( Rest of the Article is in Turkish) :

Quadrotor Temel Kontrol Tekniği

Quadrotor normal helikopterin aksine 4 pervaneye sahip olması nedeniyle motor başına düşen işgücü azalır bu sayede düşük motor hızlarında dahi hareketini sağlayabilir ve stabil olarak kalabilir.Bunun yanında 4 motoru Quadrotor’a yüksek manevra kabiliyeti ve hızlı hareket imkanı sağlar.

Normal helikopterlerde anapervaneden kaynaklanan açısal momentum , helikopterin arkadasında bulunan küçük pervane sayesinde engellenir.Quadrotor’da ise böyle bir pervane ihtiyaç yoktur.Bunun aksine 4 pervane 2şerli gruplara ayrılarak zıt yönde döndürüldüğünde açısal momentum zıt yönlerde dönen pervaneler tarafından sıfırlanmış olur ve aracın stabilitesi sağlanır.
Aynı şekilde ,  2 gruba ayrılmış bu 4 pervaneden , 2 gruptan birinin hızı artırılarak veya azaltılarak istenilen araca istenilen yönelim (Şekil 1 : Eksen-Z ) verilebilir.
Aracın eğilimi ( Şekil 1 : Eksen-X,Y ) ise aynı yönde dönen motorlar arasında hız farkı oluşturarak , momentum oluşturulmasıyla sağlanır.Hız farkı aynı yönde dönen motorlardan birinin hızı N değerinde artırıldığında , diğerinin hızının N değerinde azaltılmasıyla sağlanır , bu sayede Z eksenindeki stabilite bozulmadan sadece X veya Y ekseninde eğilim sağlanmış olur.

Kullanım Alanları

Devlet İşlerinde Kullanım Alanları:

Quadrotor’un örnek kullanım alanları :  Yasaları Uygulatma , Yangın , Acil Durum Tespiti , Doğal Yaşamı ve Çevreyi Koruma ve Takip Programları

Havadan Gözlem ve İstihbarat :

Quadrotor platformu havadan gözlem ve istihbarat için en iyi araçtır.Taşıyabileceği çeşitli kamera seçenekleri sayesinde havadan anlık video ve görüntü aktarımına olanak sağlar.Yüksek çözünürlükte görüntü aktarım olanağı sayesinde ihtiyaç duyulan istihbarat bilgisine ilk elden ulaştıracaktır.

Aktarılan görüntü ister bir kalabalığın yakından görüntüsü olsun , ister konum ölçümü yapılmak istenen araçların pozisyon bilgisi olsun yada bir şüphelinin belirli bir anda ne yaptığı bilgisi olsun Quadrotor aracı bu kritik bilgileri sağlıklı bir şekilde ve sessizce size ulaştıracaktır.

Quadrotor olay yeri incelemede işlemlerinde olay yerine herhangi bir zarar vermeksizin hızlıca ve sessizce kanıt toplayabilir.Olay yeri inceleme işleminde en büyük öncelik işlemin olabildiğince erken gerçekleştirilmesidir.Çünkü olay yerinde yaşanan bozulmalar kanıtları ortadan kaldırabilir.Gerçek bir helikopter veya uçak ile görüntü almak pahalı bir işlemdir ve yakından görüntü alımına olanak sağlamaz.Quadrotor’un avantajı bununla kalmaz.Quadrotor’da pervanelerin , Uzaktan kontrollü bir helikopterin pervanelerine oranla küçük olması sayesinde kaza yapma riski daha azdır, bu da objelere daha yakından güvenli uçuş yapma imkanı sağlar.
Quadrotor ile hem kapalı hemde açık alanlarda istenilen konum ve açıdan görüntü alınabilir.

 

Endüstriyel Kullanım Alanları:

Quadrotor aracı Endüstriyel çalışmalarda : Proje Takibi , Ekipman Kontrolü , Boru Hattı Güvenliği ve Kontrolü , Tarım Ürünleri Takibi alanlarında kullanılabilir.
Kontrol ve takip konusunda zorluk teşkil eden sanayi ve yapılaşma projelerinde Quadrotor aracının sağladığı uzaktan görsel takip olanağı sayesinde projeler anlık olarak istenilen yerden kontrol edilebilir.
Sadece yapım sürecinde olan projelerde değil aynı zamanda geniş çaptaki sanayilerde ekipmanlar, istenilen konum ve açıya ayarlanabilen Quadrotor’un kamerası sayesinde her zaman uzaktan kontrol edilerek güvenliği sağlanabilir.

Eğitimde Kullanım Alanları :

Uzaktan Kontrollü İnsansız Hava Aracı(UAV) Araştırmaları:

İnsansız hava araçları üzerinde çalışan üniversiteler , teknik enstitüler için örnek teşkil edecek bu çalışmanın araştırmalara temel oluşturma niteliği taşımasını amaçlıyoruz.

Arkeolojik Alan Gözlem:

Quadrotor sayesinde arkeoloji kazı alanlarında yapılan çalışmalar düzenli yapılan çekimlerle kontrol edilecek ve aşama aşama izlenebilecek.Arkeoloji araştırmacıları günümüzde kazım alanlarının tespiti için Google Earth gibi araçları kullanıyorlar.Fakat Quadrotor sayesinde Google Earth aksine anlık ve canlı görüntüler almak mümkün kılınacak.Ayrıca farklı ihtiyaçlara uygun olarak Araç üzerinde bulunan kamera HD , hafif , stabil , FLIR(Kızılötesi) kamera seçenekleri ile değiştirilebilecek.

İletişim Menzili:

Sınırsız* : 3G erişimi olan her yerde geçerli olacak.
Yukarıdaki grafikte de görüldüğü üzere Kullanıcı İstanbul’da iken Ankara’da kurulu olan 3G destekli sağlayıcı üzerinde Quadrotor kamerasını izleyerek kontrolünü yapabilecek.

And here is a thesis translation i’ve done. :

Quadrotor Modeli , Tanımı ve Kontrolü

Tommaso Bresciani

Department of Automatic Control

Lund University

Eylül 2008

Quadrotor Modeli , Tanımı ve Kontrolü
Abstract :
Bu tez çalışması quadrotor helikopteri üzerine yapılmıştır.Dinamik sistemi , modellemesi ve kontrol algoritmalarına değinilmiştir.Sonuçları test etmek için bir simülatör ve ayrıca gerçek bir platform geliştirilmiştir.

Dinamik sistem Newton-Euler formatı kullanılarak modellendi.Sonuçların doğruluğu açısından gerekli olacak hız ve tork’a ulaşılabilmesi için ilgi motorlar , dişli kutusu ve pervanelerde yoğunlaştırıldı.

PID kontrol algoritmaları karşılaştırıldı.İlk aşama testleri matematiksel yaklaşma ve çalışmaya daha çok imkan sağlayan simülasyon ortamında gerçekleştirildi.İkinci aşamada ise quadrotor davranışlarını incelemek için gerçek platform üzerinde denemeler yapıldı.

Matlab simulink ile bir simülatör oluşturuldu.Bu program sayesinde modelin doğruluğu ve kontrol algoritmalarının sağlıklı çalışması kontrol edildi.

Ayrıca 3boyutlu simülasyon ve Joystick yardımıyla sistemin test edilebilirliği ve gözlemlenebilirliği kolaylaştırıldı.

Elektronik tarafta ise:

· Mikro İşlemci Ünitesi(MCU)

· İç Ölçüm Ünitesi(IMU),

· Enerji Kaynağı

· Alıcı Ünitesi

· Motor Güç Kontrol Kartları(ESC)

· SONAR & IR modülleri

bulunuyor.

Bu cihazlar sayesinde hem kullanıcı kontrollü hemde otomatik-pilot’da uçuş mümkün oldu.

ÖNYÜZ

Çalışmalar 4 ana kategoriye ayrılarak yapılmıştır.

Dinamik Sistemin modellenmesi: Olaya dahil olan kuvvetlerin teşhisi ve incelenmesi
Kontrol Algoritması : Çeşitli kontrol kurallarının stabilite ve çalışmalarındaki sağlıklılığa değinildi.
Matlab: Model ve Kontrol algoritmalarının doğruluğu ve testleri bu araç sayesinde test edildi.
Gerçek Platform: Son olarak gerçek Quadrotor ile hesaplamalar , simülasyon ve mekanik yapının doğruluğu kontrol edildi.

Bu çalışmalar Eylül 2007-Eylül 2008 arasında tamamlanmıştır.

BÖLÜM 1:

GİRİŞ

Bu tez çalışması dikey kalkış-iniş yapan(VTOL) insansız bir hava aracı üzerinedir.
Üzerinde çalışılan tasarım ise Quadrotor olarak adlandırılan 4 pervaneli bir helikopterdir.Son bir kaç yılda robotik alanına ilgide büyük artış görüldü.Aslen, tehlikeli ,zor ve sıkıcı işlerin bulunduğu endüstriyel alanlarda(otomotiv, tıp , üretim , uzay, …) insan yerine robot kullanmak için araştırmalar arttı.

Bu araştırmaların büyük bir bölümü hava araçları üzerineydi.Havada 3boyutlu hareket kabiliyetlerini artırabilmek için çeşitli projeler geliştirildi.Örneğin; Zeplinler , Sabitlenmiş kanatlı uçaklar(fixed-wing planes) , tek motorlu helikopterler , kuşların kanat çırpmasını taklit eden tasarımlar ve quadrotorlar…
Bunların herbirinin getirdiği avantajların yanısıra olumsuz yönleri oldu.Bu projedeki dikey kalkış-iniş yapan bir tasarım kullanılması hava aracında kanat gibi bazı araçların ihtiyacını yok etti.Buna rağmen araç dikey, sabit ve düşük hızlarda uçuşlarında ender kabiliyetleri gösterdi.
Quadrotor tasarımının bu projede kullanılmasının sebepleri ; küçük boyutları , manevra kabiliyeti , sade mekaniği ve yük taşıma kapasitesidir.
Olumsuz yönü olarak ise yüksek enerji tüketiminden söz edilebilir.Fakat bütüne baktığımızda sonuçlar gayet iyiydi.

Sayfa 1

Leave a Reply