Bir Quadrotor İnsansız Hava Aracının Tasarımı, Gerçeklenmesi ve Testi

Abstract

Bu çalışmada, dört pervaneli ve altı serbestlik derecesine sahip bir insansız hava aracının (quadrotor) matematiksel modelinin çıkarılması, motor ve pervanelerin sistem tanımlamaları, arzu edilen hareketleri için kontrolcü tasarlanması, simülasyonu ve gerçeklenmesi üzerinde durulmuştur. Hareketlerin tanımlanması için koordinat sistemlerinin seçimi ve bu koordinat sistemlerinin arasındaki matematiksel ilişki, rotasyon matrisleri ile elde edilmiştir. Ayrıca izafi hız ve ivme üzerinde durulmuş, Newton'un genelleştirilmiş ikinci yasası aracılığı ile çizgisel ve açısal ivmelerin denklem eşitliklerinin eldesiyle, dinamik sistemin modeline geçilmiştir. Dinamik sistemin modelini tamamlamaya yönelik, motor ve pervanelerin karakteristikleri bazı uygulamalı yöntemler ile çıkarılmıştır. Ayrıca sistemin eylemsizlik momenti ve aerodinamik özellikleri yaklaşımlar ile elde edilmiştir. Dinamik sistemin matematiksel modelindeki doğrusallık ile ilgili sorun, Taylor Serisi'nin yardımı ile aşılmıştır, sistemin durumlarının (state) transfer fonksiyonu ile PID kontrolcü arasındaki ilişki geri beslemeli bir sistem olarak incelenmiştir. Ardından simülasyonu ve gerçeklenmesi yapılmıştır. Projenin diğer bir çalışma bölümü ise görüntü işleme ile el hareketlerinin algılanmasıdır. El hareketlerinin algılanması problemi örüntü tanıma alanında son yıllarda önem kazanmış durumdadır. Önceden hazırlanmış bir veri seti üzerinden el hareketlerinin algılanması pek çok konuda uygulama alanı bulmaktadır. Bilgisayar teknolojisinin gelişmesi bu uygulamaların gerçek zamanlı yapılabilmesine olanak sağlamıştır. Bu hareketlerin önceden belirlenen bir veri seti üzerinden sınıflandırılmasında destekçi vektör makinesi (Support vector machine-SVM) kullanılabilecek popüler bir sınıflandırıcıdır. Histogram tabanlı özniteliklerin SVM ile birlikte kullanım örnekleri gün geçtikçe artmaktadır. Bu çalışmaların tamamlanmasının ardından, el hareketleri ile quadrotor’un kontrolü için çalışmalar yapılmıştır. El hareketlerinin sınıflandırılmasından alınan veriler, kablosuz iletişim yoluyla quadrotor’e gönderilmiştir. Quadrotor’un uçması için gereken 5 farklı kanal ihtiyacına göre algoritma geliştirilmiştir. Proje bu algoritmanın gerçeklenmesi ve yazılımlarının tamamlanması ile son bulmuştur.