FBE- Sistem Dinamiği ve Kontrol Lisansüstü Programı
Bu topluluk için Kalıcı Uri
Makina Mühendisliği Ana Bilim Dalı altında bir lisansüstü programı olup, sadece yüksek lisans düzeyinde eğitim vermektedir.Araştırma Konuları:
Robotik: Bacaksız—Tekerleksiz Hareket, Yılan Robot Prototipi Geliştirme Projesi (TÜBİTAK destekli),
İnsan Tepkilerinin Modellenmesi ve Kompanzasyonu,
Robotik: Yunus Yüzme Mekaniği ve Kontrolu; Yunusa Benzeyen Su Altı Gözlem ve Keşif Aracı Geliştirme Çalışmaları vb.dir.
Gözat
Yazar "Altuğ, Erdinç" ile FBE- Sistem Dinamiği ve Kontrol Lisansüstü Programı'a göz atma
Sayfa başına sonuç
Sıralama Seçenekleri
-
ÖgeDesign and control of a winch driven grasping mechanism for a quadrotor unmanned aerial vehicle(Institute of Science And Technology, 2019-07-21) Güney, Mehmet Okan ; Altuğ, Erdinç ; 503161607 ; System Dynamics and Control ; Sistem Dinamiği ve KontrolTechnological advancements in semiconductor industry creates many new possibilities that are unreachable previously. Autonomous multirotor unmanned aerial vehicles are the one of the most attracted topics among these possibilities. There are many products developed by global companies to the mass market and also many academic researches that aim to create new areas of usage by institutes and universities. The most up-to-date areas of usage are payload grasping and transportation with multirotor unmanned aerial vehicle. Payload grasping studies began with the simple grippers attached under the multirotors, therefore they need to be almost land to grasp target payload which is not an efficient way. To solve this problem industrial robotic manipulators integrated under the vehicles, but they are not designed for aerial vehicles so they become heavy loads for these vehicles and also provide limited usage on air. Thus, different research groups develop their own context specific lightweight robotic manipulator designs that has different degrees of freedom and end-effector. In addition, some groups designed novel manipulators like using serial chain that differs from the robotic ones that has undesired inertial issues. Load transportation with rotary aerial vehicles began with the helicopters that has cable suspended load under them. This is followed by multirotors that are carried cable suspended load. Research groups studied the dynamical effects of the cable suspended load on the multirotor detailly and propose several modelling and control methodologies to handle these effects and safely transport different loads. In this thesis, a novel grasping mechanism that consists of a DC motor driven spool which works as a winch and a 4 meters long cable suspended gripper on that winch to grasp and drop payload. Therefore, proposed mechanism eliminates negative sides of these two topics like undesired inertial issues of robotic manipulators and dynamical effects of cable suspended load is proposed. Also, it associates their positive sides like aerial grasping of manipulators and load transportation without landing. Designed mechanism will have tested on Hüma-3 rotary wing UAV. Design of the winch driven grasping mechanism begins with the selection of a gripper mechanism that is suitable for the proposed concept. Among the different gripper mechanism options rotary linkage gripper is selected due to its lightweight, relatively small size especially in height since many gripper mechanisms has variable height when operating, and also it is easy to manufacture and assembly. This is followed by the design of the winch spool that begins with the estimation of required inner and outer radii to wind 4-meter cable on a spool. Then, with respect to these radii required motor torque to rotate this spool when pulling and releasing the 4-meter cable suspended gripper is calculated to select suitable dc motor. In addition, since gripper that is pulled and released needs 3 wire cable which is the suspended cable to operate and these wires should be connected to a microcontroller and power, a slip ring is required to eliminate cable twisting problem when spool rotates. Lastly, by using these calculations and selections final winch spool is designed. After the design process is finalized and required electrical components to operate this system is determined, mathematical model or transfer function that takes voltage or duty cycle as input and gives rpm or degree for output of the motor and winch spool is obtained by analyzing the time response of the system for both speed and position. This analysis and the controller design process is done by using Legacy MATLAB and Simulink Support for Arduino Hardware package in MATLAB that provides the possibility of taking real-time like measurements and giving commands to an Arduino hardware from Simulink. When designing a controller for the obtained model, if only a position controller is used to control the length of released or pulled cable suspended gripper, it is observed that large oscillations occur on the cable. To eliminate this problem, releasing or pulling speed should have controlled too. Therefore, controller is designed and simulated to control both position and speed of the winch spool motor for pulling and releasing the gripper at desired amount of length. But, it is achieved that not by using a cascade control scheme instead using a switch-mode scheme which provides transition between speed and position control when it is necessary for a predefined offset. Simple PI and P controller are designed and simulated individually and respectively for speed and position control of winch spool motor and its gains are calculated by using algebraic pole placement method. Then, designed speed and position controllers are applied on the real system again by using the same Simulink package and results are almost same as the simulations individually. Proposed controllers are combined in switch-mode controller and by using a logic algorithm they are designed to operate alternately with respect to the switch state that is determined by comparing the error with predefined offset. This switch-mode controller again tested for real hardware by using same package and results are satisfactory. Finally, designed switch-mode controller is embedded an Arduino Nano, and mechanism with its controller is assembled under the UAV. Some test flights are performed and results again are very satisfactory. After the test flights, to design a controller that can control both quadrotor and the location of grasping mechanism, 8 DOF coupled dynamics of the system is modelled by using Euler-Lagrange method. Change in cable length gives system an extra degree of freedom, but since dynamics of the UAV does not affect dynamics of the grasping mechanism, it can be treated as an input for the 8DOF coupled dynamics. Also, previously obtained grasping mechanism model and its controller can be used individually like a trajectory generator to produce required cable length. After equations of motion are obtained for 𝑞⃗=[𝑥𝑞 𝑦𝑞 𝑧𝑞 𝜙 𝜃 𝜓 𝛼 𝛽]𝑇, controller design process begins with linearizing these equations around hovering condition. Proposed controller is a nonlinear nested loop controller that is designed from the second order error definition and dynamic model of the system. Architecture for position control developed from the second order error definition which contains control laws for quadrotor and gripper position in 3D space. After linearizing quadrotor equations of motion in hover condition, desired roll, pitch and thrust definitons are developed from the linearized translational dynamics of quadrotor and nonlinear effects from the cable suspended gripper. Designed controllers basically behaves like a PD controller that has second order feedforward term. Attitude control architecture again developed from both second order error definition and rotational dynamics of the quadrotor. Then, obtained control laws produce desired thrust, and moment values, but designed model requires desired angular velocities for actuators which are basicly DC brushless motors. Actuator dynamics are modeled as quadratic equation which has a thrust and drag coefficient. These coefficients are estimated experimentally. Also, inertia values on the principal axis for the quadrotor with cable suspended load system is obtained from the Solidworks drawings. After design process finish and controller gains are tuned, 3 test simulations are prepared for designed controller. Firstly, an initial 0.5 radian deflection is defined for gripper cable around the body x-axis, then, both for x-axis and y-axis at the same time. Designed controller succeed to eliminate oscillations within 7 seconds, and preserved quadrotor position and orientation within 8 seconds. Finally, a trajectory is generated to go [5,5,5,1(yaw)] by using minimum jerk trajectory method. Again, designed controller succeed to track generated trajectory and reached desired position within 6 seconds and also eliminate vibrations due to suspended gripper within 10 seconds. Finally, a variable gain position controller is implemented in position control of swing angles, because when cable length is changed system dynamics will changed drastically for constant gain controller. Controller gains for swing angles are defined as polynomials that are found by tuning gains in sample cable lengths and curve fitting for these lengths. Results become similar for same test conditions that are done before when an untuned cable length is selected.
-
ÖgeDört kanatlı mikro hava aracı tasarımı ve kontrolü(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2015) İşbitirici, Abdurrahman ; Altuğ, Erdinç ; 421220 ; Sistem Dinamiği ve KontrolMikro hava araçları sabit kanatlı, döner kanatlı ve kanat çırparak uçan araçlar olmak üzere genel olarak üç başlıkta incelenebilir. Aracın boyutları küçüldükçe kanat yapısına bağlı olarak Reynolds sayısı azalmaktadır. Böylece sabit kanatlı ve döner kanatlı mikro hava araçlarının aerodinamik verimliliği azalmaktadır. Kuşların ve böceklerin dinamik yapısı, manevra kabiliyeti, sürati ve çevikliği kanat çırparak uçan mikro hava araçları üzerine yapılan araştırmaların her geçen gün artmasına sebep olmaktadır. Bu çalışmada, manevra kabiliyetinin daha iyi olması ve quadcopter hareketine benzer hareket etmesi sebebiyle kanat çırparak uçan dört kanatlı mikro hava aracı tasarlanmaya çalışılmıştır. Her kanat için ayrı tahrik elemanı kullanılmıştır. Eyleyici olarak dc servomotor kullanılmasına karar verilmiştir. Kanat mekanizması olarak dört çubuk mekanizması tercih edilmiştir. Dört çubuk mekanizmasının tercih edilmesinin sebebi bu işlev için gereken aktarma oranının sağlanabileceği bir mekanizma olmasıdır. Ayrıca, dört çubuk mekanizmasının diğer mekanizmalara göre üretiminin kolay olması ve sürtünmeden kaynaklanan enerji kaybının daha az olması bu mekanizmanın seçiminde önemli rol oynamıştır. Bunun dışında, dört çubuk mekanizmasının ağırlığının daha hafif olacağı düşünülmüştür. Motorun dönme hareketinden kanat çırpma hareketi elde etmek için kol sarkaç mekanizması kullanılmıştır. Kanat çırpma aralığı ölü konum sentezi yapılarak belirlenmiştir. Salınım açısıyla kanadın kaldırma kuvveti doğru orantılı olduğundan salınım açısı mümkün olduğunca yüksek seçilmeye çalışılmıştır. Kanadın yukarıdan aşağıya hareketi ile aşağıdan yukarıya hareketinin süresi eşit tutulmaya çalışılmıştır. Mekanizmadaki uzuv boyutlarının birbirine oranı bağlama açısı optimizasyonu yapılarak hesaplanmıştır. Optimizasyonda kol sarkaç mekanizmasının salınım açısı ve krankın açık ölü konumdan kapalı ölü konuma geçtiği açı verilerek bağlama açısının doksan dereceye göre sapmasının minimum olması için gereken uzuv boyutları bulunmuştur. Hesaplamada biyelin uzunluğunun krankın uzunluğuna oranı değişken olarak tutulmuş ve krank, biyel ve sarkaç uzunlukları sabit uzva bağlı olarak bulunmuştur. Kanat uzunluğu belirlendikten sonra sabit uzvun uzunluğuna karar verilmiş böylece krank, biyel ve sarkaç uzunlukları hesaplanmıştır. Krank açısı verilerek konum analizi yapılmıştır. Daha sonra krank açısal hızı verilerek hız analizi yapılmıştır. İvme analizi için gerekli denklemler elde edilmiş ve krank açısal ivmesi verilerek ivme analizi yapılmıştır. Uzuvların ağırlık merkezlerinin ivmeleri, atalet kuvvetleri ve momentleri hesaplandıktan sonra dinamik kuvvet analizi yapılmıştır. Böylece kanadın kaldırma kuvvetiyle ihtiyaç duyulan tork arasındaki ilişki bulunmuştur. İhtiyaç duyulan tork değeri açıya bağlı olarak değiştiğinden, krankın bir tur dönüşü için tork değeri hesaplanmıştır. Böylece belirlenen kaldırma kuvveti için ihtiyaç duyulan maksimum tork değeri elde edilmiştir. Bu tork değerini elde edebilecek tahrik elemanı olarak uygun motor ve redüktör seçimi yapılmaya çalışılmıştır. Mikro hava aracının havalanması için gerekli olan torku sağlayabilecek uygun motor bulunamamıştır. Oldukça hafif ve güçlü bir motor seçilerek bir deney düzeneği üzerinde gerekli testlerin yapılmasına karar verilmiştir. Farklı malzemeler kullanılarak kanat mekanizması üretilmiştir. Mekanizmanın delrinden üretilmesine karar verilmiştir. Gövde üretiminde ise delrin ve kestamit kullanılmıştır. Üretim aşamasında kanat uzunluğu değiştirilmeden mekanizmanın uzuv boyutları küçültülerek aracın ağırlığı azaltılmaya çalışılmıştır. Ayrıca gövde kısmı mümkün olduğunca boşluklu yapıda üretilmiştir. Farklı malzemeler kullanılarak kanat tasarımı yapılmıştır. Kanat kısmında karbon fiber çubukla desteklenmiş naylon kullanılmasına karar verilmiştir. Mikro hava aracının kontrolü için uçuş kontrol ünitesi kullanılmıştır. Motor direk akımla sürülemeyeceğinden motor ile mikrodenetleyici arasındaki bağlantıyı sağlaması için hız kontrol ünitesi kullanılmıştır. Batarya veya güç kaynağı kullanılarak sistem çalıştırılmıştır. Kanatların birbirinden bağımsız hareketi incelenmiştir. Hava aracının matematiksel modeli elde edilmiştir. Sistem bilgisayar programında modellenerek simulasyonu yapılmıştır. PID kontrolcü kullanılarak kapalı çevrim kontrol yapılmıştır. Simulasyonda gaz kelebeği, yalpalama açısı, yunuslama açısı ve yönelme açısı kontrol edilmiştir. Hava haracının hareketi, aracın üç eksende dönmesine izin veren deney düzeneğinde test edilmiştir.
-
ÖgeGörsel Servo Kontrol Yöntemi İle Bir İnsansız Hava Aracının Kontrol Edilmesi(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2010-07-09) Ceren, Zehra ; Altuğ, Erdinç ; Sistem Dinamiği ve Kontrol ; System Dynamics and ControlBu tez çalışmasında amaç görüntü güdümlü bir uçan robot tasarlamaktır. Bu amaçla dört rotorlu bir mini insansız hava aracının üzerine yerleştirilmiş bir kamera ile yerdeki hedefin takibi ve hedef üzerinde açısal konumunun kontrol edilmesi sağlanmıştır. Görsel servolama kontrol yapısı iç döngüde quadrotorun hızını kontrol eden düşük seviyeli servo kontrol döngüsüne sahiptir. Dış döngü ise görsel kontrolcü kullanarak hata vektörünü kontrol eden bir döngüdür. Bu çalışmada dış döngüyü oluşturan görsel kontrolcü iki farklı yöntemle tasarlanmıştır. Birinci yöntem görüntü esaslı görsel servo kontrol, ikinci yöntem ise hibrit görsel servo kontrol (2½ B görsel servo kontrol) yöntemidir. Tasarlanan kapalı çevrim sistemlerinde dış döngünün yapısından bağımsız olarak iç döngü aynı kalmıştır. Matlab’de benzetimi yapılan kontrolcü sistemleri test düzeneği kurularak deneylerle de sınanmış ve quadrotor hava aracının kontrolü sağlanmıştır.
-
ÖgeKeratokonus Hastalığında Uygulanan Ccl Tedavisi İçin Görüntü İşleme Temelli Otomatik Bir Servomekanizma Sisteminin Tasarımı Ve Kontrolü(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2011-02-22) Şahin, Onurcan ; Altuğ, Erdinç ; Sistem Dinamiği ve Kontrol ; System Dynamics and ControlKeratoconus korneanın zaman içinde sivrileşmesi ve incelmesiyle oluşan ciddi bir göz hastalığıdır. Yeryüzünde 2000 kişiden biri Keratoconus hastası olmaktadır. Keratoconus hastaları için farklı tedavi seçenekleri bulunmaktadır. Bu tedaviler (ICR, Sert-Yumuşak lensler, PRK) hastalığın ilerleyişini durmamakta, sadece hastanın Keratoconus yüzünden bozulan görüşünü düzeltmeye çalışılmaktadır. Corneal Cross-Linking (Korneal Çapraz-Bağlama, CCL) tedavisi hastalığın ilerleyişini durduran yegâne seçenektir. Bu operasyon günümüzde geliştirilmeye devam edilmekte ve başarısı birçok cerrah ve bilim adamları tarafından arttırılmaya çalışılmaktadır. CCL tedavisinin başarısında Riboflavin ve UVA ışını çok önemli iki faktördür. Operasyon iki otuz dakikalık aşamadan oluşmaktadır. İlk yarım saatlik aşamada göze üç dakika aralıklarla Riboflavin damlatılmaktadır. İkinci aşamada Riboflavin üç dakika aralıkla damlatılmaya devam edilmekte buna ek olarak göze UVA ışını uygulanmaktadır. Güncel tedavideki eksiklik ışının göze uygulanması aşamasında oluşmaktadır. Işın kaynağı sabit bir şekilde konumlandırılmakta ve hastaya ışının içine bakması söylenilmektedir. Fakat gerek uzun tedavi süresi gerekse dış etkenler (ışık, ses gibi) hastanın dikkatinin dağılmasına ve gözünü oynatmasına yol açmaktadır. Operatör bu göz hareketlerini el ile ışını veya hastanın baş konumunu tekrar konumlandırarak ışının istenilen bölgeye tekrar düşmesini sağlamaktadır. Bu düzeltmeler operatörün iş yükünü arttırmasının yanında operatörün de geniş süre içerisinde dikkatinin zayıfladığı ve düzeltmelerin yavaş kaldığı görülmektedir. Göz hareketleri sebebiyle ışın gözün istenmeyen noktalarına uygulanarak sağlıklı hücrelere zarar vermekte ve ışının uygulanması gereken noktaya uygulanmamasından dolayı tedavinin etkisi azalmış olmaktadır. UVA ışınının uygulanmasının tedavinin başarısında en büyük etken olması sebebiyle göz hareketlerinden kaynaklanan hataları ortadan kaldıracak bir sistemin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Geliştirilen sistem, elektronik, mekanik ve programlama tekniklerinin birleşimi olan bir projedir. Gözün konumunu belirlemek için görüntü işleme kullanılmıştır. Görüntü işleme için OpenCV kütüphanesinden yararlanılmıştır. Kullanıcı arabirimi C# programlama dilindedir fakat OpenCV C++ dili için geliştirilmiştir. OpenCV kütüphanesini C# dilinde kullanabilmek için OpenCVSharp çeviricisi kullanılmıştır. OpenCVSharp yardımıyla oluşturulan algoritma ile gözün konumu belirlendikten sonra geliştirilen protokol yardımıyla bilgi PIC kontrolcüsüne seri iletişi yolu aktarılmıştır. PIC kontrolcüsü bünyesinde barındırdığı PID algoritması ile konum bilgisi kullanılarak PWM dalgaları hesaplanmış ve bu dalgalarla iki DC motor sürülmüştür. Bu motorlar iki platforma bağlanmış ve bu platformların hareketleri ile X ve Y düzlemindeki düzeltmeler yapılmıştır. Geliştirilen seri iletişim protokolü konum bilgisini transferinin dışında, PID kontrolcü kazançlarının ayarlanması, sistemin operatörün istediği şekilde yönlendirilmesi, sistemin simülasyon ayarlarına geçirilmesini de sağlamaktadır. Sistemin performansı sistem tanımlama ve PID kontrolcüsü tasarım teknikleriyle geliştirilmiştir. Sistem bünyesinde farklı aktarma elemanları barındırması ve bu elemanlarım matematik modellemesinin daha zor olacağının düşünülmesinden dolayı, sistem giriş çıkış ilişkisine dayanılarak gerçeklenmeye çalışılmıştır. Sistem rastgele girişlerle sürülmüş ve çıkış verileri ölçülmüştür. Bu bilgiler ışığında ARX algoritması ile sistemin transfer fonksiyonu elde edilmeye çalışılmıştır. Sistemin mertebesini ve en uygun modeli belirlemek amacıyla farklı yaklaşımlar ve mertebeler denenmekle birlikte sisteme ikinci dereceden yaklaşmak uygun bulunuştur. Yaklaşılan sistem gerçek sisteme %87 oranlarında uyumludur. Kaynaklanan hata sistemin fiziksel eksikliğinden kaynaklanmaktadır ve bu tezde detaylandırılmıştır. ARX algoritmasıyla elde edilen transfer fonksiyonu ayrık PID kontrolcüsünün tasarımında kullanılmıştır. Kontrolcü tasarımında köklerin yeri dolayısıyla sistemin kazanç ile kararlı hale getirilebileceği gözlenmiş. Daha sonra PID kontrolcüsü en kısa düzeltme zamanı ve en fazla %10 aşma olacak şekilde ayarlanmıştır. Sistem gerekli onay alınmadıkça ve sıkı test prosedürleri gerçekleştirilmediği sürece yasal olarak insan üzerinde test edilememektedir. Bu sebeple sistemin performansı bir göz modeli ile test edilmiştir. Göz farklı hata ile konumlandırılmış ve sistemin tepkisi ölçülmüştür. Bu tepkiler PID kontrolcüsünün son ayarlarının yapılmasında yol gösterici olmuştur. Sistem son kontrolcü ayarlarıyla test edilmiş ve bu test süreci video olarak kaydedilmiştir. Deneylerin sonuçları danışman doktorlarla tartışılmış ve sonuçların başarılı olduğu sonucuna varılmıştır. Bilgisayar kontrollü bu sistemin CCL operasyonunun başarısında önemli bir etki yapacağı düşünülmekte ve bunun yanı sıra operatörün çalışma yükünü azalacağı öngörülmektedir. Bugüne kadar CCL operasyonu üzerinde yapılan tüm çalışmalar, insan faktörünü göz ardı etmiştir. Bu çalışma, operasyon sonuçlarının tutarlılığını arttıracağı için gelecek refraktif çalışmalara önemli katkılarda bulunacaktır. Bu tezde, mekanik, elektronik sistemler ve geliştirilen programlar açıklanacak. Sistemin tanımlanması ve ayarlanması süreci detaylandırılarak sistemin kullanılabilirliği test edilecektir.
-
ÖgeOtonom araçlar ile yayalar arası iletişim için lazer tabanlı projektör bildiri sistemi geliştirilmesi(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2020-07-21) Çetin, Barış ; Altuğ, Erdinç ; 503171626) ; Sistem Dinamiği ve Kontrol ; System Dynamics and ControlSürücüsüz (insansız) araçlar olarak da adlandırılan otonom araçlar çeşitli kontrol algoritmaları, teknolojik donanımları ve tasarımları sayesinde özerk hareket etme kabiliyetine sahip olan araçlardır. Yakın gelecekte günlük hayatımızın birer parçası olacak otonom araçların yaygınlaşma hızı ve bu araçlar üzerinde yapılan araştırmalar, çalışmalar ve gelişmeler artarak devam etmektedir. 1950'li yıllardan günümüze kadar geçen süreçte önemli gelişmeler kat eden otonom araçlar, otonomluk kademelerine göre 5 seviye olarak değerlendirilmektedir. Otonom araçlar trafikte insan faktörünü ortadan kaldırarak önemli avantajlar elde etmiştir. Bunlardan bazıları trafik güvenliğini ve mobiliteyi artırmak; trafik sıkışıklığını, egzoz emisyonlarını ve seyahat masraflarını azaltmaktır. Bu avantajlarının yanı sıra otonom araçların hala geliştirme açık yönleri mevcuttur. Bu eksikliklerin başında otonom araçlara karşı duyulan güven eksikliği ve insanlar tarafından kabul edilmemeleri gelmektedir. Otonom araçlar her ne kadar yeterli donanıma sahip olmalarına ve hatta normal sürücülü araçlardan daha güvenli yolculuk imkanı sunmalarına rağmen oluşan bu güven eksikliğinin sebebi otonom araçların insan sürücüler gibi davranışlar sergileyememesinden kaynaklanmaktadır. Bu problemin temel kaynağı ise otonom araçlar ve yayalar arasındaki iletişim eksikliğinden doğmaktadır. Bir araç ile yayanın karşılaşması esnasında sürücüler ile yayalar arasında iletişim kurulmaktadır. Kurulan bu iletişim sayesinde yayalar araçların hamleleri hakkında bilgiye sahip olmakta ve sürücüden gelen talimatları görebilmektedir. Karşılıklı gerçekleşen kısa süreli bu müzakerede insan sürücüler ve yayalar bir karar alarak uygulamaktadır. İnsan sürücüler ile yayalar arası iletişim genel olarak el işaretleri, yüz ifadesi, göz teması ile gerçekleştiği görülmektedir. Otonom araçlar ile birlikte, kabul gören bu mevcut yaklaşımların ortadan kalkması ile otonom araçların davranışlarının yayalar tarafından anlaşılması güçleşmiştir. Bu iletişim kopukluğu kazalara sebep olabilmekte, yolların verimli kullanımını sınırlayabilmekte ve yayaların otonom araçlara karşı güven hisleri zedelenebilmektedir. Bu tez çalışması kapsamında otonom araçlara duyulan güven eksikliğini ortadan kaldırmak, kabul edilebilirliğini ve yaygınlaşma hızını artırmak adına otonom araçlar ile yayalar arasında iletişim bağı kuracak lazer tabanlı projektör sistemi geliştirilmiş ve prototip üretimi gerçekleştirilmiştir. Böylece otonom araçlar ile yayalar arasındaki iletişim faktörüne farklı bir çerçeveden bakılarak yenilikçi bir çözüm önerisi getirilmiştir. Geliştirilen lazer tabanlı projektör sistemi mekanik, elektronik, yazılım ve görüntü işleme gibi disiplinlere sahiptir. Kontrol sistemi kamera ve sensörden gelen sayısal verileri girdi olarak kabul edip işleyerek nihai çıktı olan görsel mesajların yansıtılmasını sağlar. Sistemde kullanılan USB bağlantıya sahip kamera sayesinde görüntü işleme algoritmasına anlık canlı olarak video kaynağı sağlanmaktadır. Açık kaynak OpenCV kütüphanesinin Python programlama dili kullanılarak koşulması ile görüntü işleme algoritması çalıştırılmaktadır. Böylece araç önünde bulunan yayaların insan bedeni ve insan yüz tespiti şablonlarından yararlanılarak 2 kademeli insan tespiti görüntü işleme algoritması ile gerçekleştirilmektedir. Görüntü işleme algoritmasının Arduino ile haberleşmesi Pyserial platformu ile gerçekleştirilmiş ve anlık veri akışı sağlanmıştır. Tespit edilen yayanın araca uzaklığı ise ultrasonik mesafe sensörü kullanılarak tayin edilir. Tayin edilen uzaklık, kontrol sisteminde tanımlı olan mesafe aralıklarına göre önceden belirlenmiş senaryolardan uygun mesaj içerikli olanının tetiklenmesini sağlar. Eğer araç önünde insan tespiti gerçekleştirilmez ise lazer tabanlı projektör sistemi yansıtma gerçekleştirmez. Araçtan yayaları bilgilendirici veya uyarıcı mesajların içeriği ve hangi renk lazerin aktif olacağı kontrol sisteminde tanımlanmıştır. Yaya araca tehlike arz edecek yakınlıkta bulunduğunda yani ilk 2 senaryoda kırmızı renkli lazerler yardımı ile uyarıcı mesaj içerikleri yansıtılmakta ve yayanın otonom araca yol vermesi gerektiği belirtilmektedir. Yayanın araca uygun mesafede bulunması durumunda otonom araç yayaya yol verecek şekilde hamlesini düzenlemekte ve lazer tabanlı projektör sisteminden yeşil renkli lazer ile bilgilendirici görsel mesaj yansıtılmaktadır. Bu mesaj içeriğinden yaya rahatlıkla karşıdan karşıya geçebileceğini anlayabilmektedir. Lazer tabanlı projektör sistemde önceden tanımlanmış ve kullanılan 4 adet senaryonun oluşturulması için jpeg formatında bulunan resimlerin bazı aşamalardan geçmesi gerekmektedir. Bunlardan ilki fotoğrafın vektörel formata dönüştürülmesidir. Vektörel formattaki fotoğraf GO ve G1 formatlarını içeren G-koduna dönüştürülmesi gerekmektedir. Bu G-kodu lazer ışınlarının rotasını belirlemektedir. Aynı zamanda lazer ışınlarının anlamlı şekiller halinde gözün yakalayamayacağı hızlarda rotasını takip ederek görünür şekiller elde edilebilmesi için bazı atlamalar yapması gerekmektedir. Bu lazer ışınlarının atlaması G-kodunun başındaki 0 karakteri ile sağlanmakta ve lazere giden güç anlık olarak kapatılarak bir sonraki satırda tekrar açılmaktadır. Bu işlemler dizisindeki son adım ise G-kodu formatındaki verilerin Arduino kartında anlamlandırılabilmesi için hex formatına dönüştürülmesidir. Bu dönüşüm sırasında Python dilinde yazılmış bir kodlamadan yararlanılmakta ve 10'luk sayı tabanındaki veriler 16'lık sayı tabanı ile elde edilmek suretiyle Arduino senaryolar kütüphanesine gömülmüştür. İletişim çevriminin karşılıklı sağlandığı bu sistem dahilinde yeşil ve kırmızı renkli lazerler, X/Y galvo tarayıcısı, sürücü kartları, dijital analog dönüştürücü ve Op-amp entegre mikroçipleri ile güç kaynağı başlıcaları olmak üzere çeşitli donanımlar kullanılmıştır. Bu donanımların kontrolünde Arduino sürücü kartından, Python programlama dilinden ve OpenCV açık kaynak kütüphanesinden yararlanılmıştır. Sistem elektronik tasarımında Fritzing, mekanik tasarımında Solidworks platformları kullanılmıştır. Sistemin çalışma mantığı; lazer ışınlarının sürücü kartları tarafından kontrol edilen galvo motorları ucundaki iki eksende belirli limitler dahilinde dönen aynalar üzerine düşürülüp yansıması sonucu projeksiyon alanında anlamlı görsellerin oluşturulması ve bu görsellerin yayalar tarafından yorumlanmasına dayanmaktadır. Bu interaktif iletişimin iki yönü yaya ve araç arasındaki bilgi aktarımı ile gerçekleşmektedir. Görüntü işleme algoritması ve mesafe sensörü ile insandan araca, araç önünde bir yaya olduğu bilgisi ve ne kadar uzaklıkta olduğu bilgisi aktarılmaktadır. Görsel mesajlar sayesinde araçtan insana aktarılan bilgi ise aracın bir sonraki hamlesi ve yayanın hangi tutumu sergilemesi gerektiği bilgisidir. Sonuç olarak tez çalışması kapsamında güvenli trafik ortamının oluşturulması ve otonom araçların güvenilebilirliği ve kabul edilebilirliğini arttırılması adına otonom araçlar ile yayalar arasında iletişim ve etkileşim kurulmasına yönelik bilimsel çalışmalar sürdürülmüş. Otonom araçlarda, normal sürücüler ile yayalar arasındaki iletişim bağlarının yerini alacak nitelikteki lazer tabanlı projektör sistemi üzerinde çalışılmıştır. Ayrıca uygulanabilirliği yüksek ve geliştirmeye açık prototip sistem laboratuvar ortamında elde edilmiştir.
-
ÖgeQuadrotor Vtol Aracının Modellenmesi Ve Kontrolü(Fen Bilimleri Enstitüsü, ) Erginer, Bora ; Altuğ, Erdinç ; Sistem Dinamiği ve Kontrol ; System Dynamics and ControlBu çalışmada bir Quadrotor VTOL hava aracının modellenmesi ve kontrolü yapılmıştır. Bu amaçla, tarihten günümüze kadar olan belli başlı Quadrotor tasarımları araştırılmıştır. Bu tasarımlar hakkında detaylı bilgi verilmiş ve Quadrotor gelişimine olan katkıları, deney süreçleri ve sonuçları anlatılmıştır. Quadrotor’un modellenmesi ve kontrolü üzerine akademik çalışmalar incelenmiştir ve belli başlı bazı çalışmalar detaylı bir şekilde anlatılmıştır. Bir Quadrotor helikopterin matematiksel modeli Newton-Euler denklemleri kullanılarak çıkartılmıştır. Modeli kontrol etmek için PD ve Bulanık PD kontrolcüler tasarlanmıştır. Matlab Simulink programıyla model ve kontrolcülerin performansları incelenmiştir. Bunlardan sonra, yapılan çalışmaların gerçek bir sistem üzerinde deneysel olarak incelenmesi için bir deney düzeneği hazırlanmıştır. Deneyde Quadrotor helikopter üzerine yerleştirilen bir IMU3 ile ivme ve açısal hız değerleri bilgisayara gönderilmiştir. Bilgisayarın bu değerleri okuyup işleyebilmesi için Matlab programında kodlar yazılmıştır. Bu kodlar yardımıyla elde edilen değerler tasarlanan kontrolcü algoritmalarıyla işlenip kontrol komutları elde edilmiştir. Kontrol sinyallerini helikoptere göndermek için bilgisayarın paralel portundan veri gönderebilecek başka bir kod yazılmıştır. Bu veriler bir radyo vericisi tarafından quadrotora gönderilmiştir. Sinyal alıp verme iletişimi sağlandıktan sonra helikopterin kendi ekseni etrafında dönme açısı olan yönelme açısını başarıyla kontrol etmiştir. Sonuç olarak, elde edilen deney ve simülasyon sonuçları incelenmiş ve tasarlanan modelin ve her iki kontrol mantığının performansları irdelenmiştir.