Metehan Emlik | ESPcopter
1343
single,single-portfolio_page,postid-1343,ajax_fade,page_not_loaded,smooth_scroll,

ESPcopter

Quadcopter drone simple icon on white background. Vector illustration.

Proje Web adresi : www.espcopter.com

 vC3CkA

1.   Proje Detayları:

 

Sürü robot teknolojisi son yılların en popüler robot teknolojilerinden biridir.  Sürü Robotik kısaca, çok sayıda basit robotlardan oluşan çoklu robot sistemlerinin koordinasyonu için uygulanmaya çalışan yeni bir bakış açısıdır. Bu sistemlerde istenilen kolektif bir davranış, robotların birbirleri ve çevreleri arasındaki etkileşimle elde edilir. Sürü içerisinde bulunan her robot kendine verilen bir rolü yerine getirmelidir böylece tek bir robotun başaramayacağı görevleri yerine getirebilmeleri amaçlanmıştır.

Sürü robotikte  kullanılan bir çok robot çeşidi vardır. Bu robotlar kara hava veya suda hareket edebilirler. Gelecekte bir çok mühendislik sorununa çözüm olacakları düşünülmektedir. Bu teknolojinin daha hızlı gelişmesi için geliştiricilerin bu konuda daha fazla çalışma yapması gerekmektedir. Ancak, sürü robotikte  birden fazla robotun kullanılmasından dolayı bu alanda çalışma yapmak maliyetli bir çalışmadır.

Espcopter projesinin amacı, drone’lar üzerinde sürü robot çalışma yapmak isteyen geliştiricilerin(maker) kullanması için ucuz maliyetli bir drone üretmektir. Proje’nin tasarımı ve geliştirilmesi bu amaca uygun olarak gerçekleştirilecektir.

 Espcopter projesinde en önemli konulardan bir tanesi üretim maliyetinin düşürülmesidir. Drone sistemlerinin maliyetini  düşürmek için iki farklı yol izlenilebilir. Bunlar;

  • Malzeme kalitesi ve sensör miktarını azaltmak
  • Drone’larının boyutunu küçültmek

Malzeme kalitesi ve sensör miktarını azaltmak drone maliyeti düşürmede iyi bir yöntemdir. Ancak, drone’ların kullanılacağı sistemdeki görevlerini yerine getirebilmesi için sahip olması gereken bazı asgari özellikler olacaktır.

Drone maliyetini düşürmek için yapılacak işlemlerden bir diğeri ise drone nun boyutunu küçültmektir. Drone boyutu ve maliyet grafiğinde ortalama özelliklere sahip bir drone parça maliyetilerini toplam maliyete oran oranları gösterilmektedir. Grafikten de anlayabileceğiniz gibi drone maliyetleri ve boyutları asında doğrusal bir oran vardır. Ayrıca, sürü robotikte birim robotların küçük boyutlu olması robotların etkinliğini artırmaktadır. Bu sebeblerden dolayı sürü drone sistemlerinde kullanılacak drone sisteminin gerekli sensörleri taşıyabileceği minimum boyutta olması gerekmektedir.

1.1  Sensör Seçimi:

 

 Espcopter projesinin devre tasarımı yapılırken kullanılabilecek  en uygun sensör ve mikrodenetleyicilerin kullanılmasına dikkat edilmiştir. Espcopter üzerinde bulunacak sersörler ve görevleri aşağıda verilmiştir.

MPU6050 3- eksen gyros ve 3- eksen accelerometer
HMC5883l 3- eksen Pusula Sensörü
BMP180 Barometre  sensörü
Ultrasonik Yükseklik Ölçümü

MPU6050 ve HMC5883l sensörü  drone’nun uçabilmesi için gerekli sensörlerdir. Ultrasonik sensörü kısa mesafelerde(3m) yükseklik ölçebilir. Bu sensörün konulmasının asıl amacı otonom uçuşlarda drone’nın havada sabit kalmasını sağlamaktır. BMP180 sensörünün  kullanılmasındaki amaç yüksek mesafelerde hava basıncını kullanarak yükseklik kontrolü yapmaktır. Uçuş sensörlerinin dışında maliyeti attırmasına  rağmen drone’nun efektif bir şekilde kullanılması için drone üzerine ilave özelllikler yerleştirilmesi düşünülmektedir. Bu özellikler, USB ile program atabilme ve USB üzerinden şarj edebilme özellikleridir.

1.2  Mikrodenetleyici  Seçimi:

 

Drone üzerinde bulunan  en az sensörler kadar önemli  iki komponet daha vardır. Bunlar mikrodenetleyici(mcu) ve kablosuz iletişim(wifi)  modülüdür. Mikrodenetleyicinin drone üzerindeki görevi sensörlerden gelen verileri flitreleyip işleyerek motorolara gerekli komutları göndermektir. Kablosuz iletişim modülünün görevi ise drone ile kumanda , bilgisayar telefon gibi aygıtlar ile iletişimini sağlamasıdır. Yukarıda da belirtiğimiz gibi Espcopter projesinin amacı drone’lar üzerinde sürü robot çalışması yapmak isteyen geliştiricilerin(maker) kullanabileceği açık kaynak kodlu bir platform oluşturmaktır. Bu nedenden dolayı drone üzerinde kullanılacak olan  MCU ve WIFI modülleri hedef kitlesine uygun olarak seçilmesi gerekmektedir. Bu kriterler göz ününde bulunarak Espcopter projesinde MCU ve WIFI modülü olarak projenin adından da anlayabileceğin gibi ESP8266-12E modülü kullanılmıştır. Bu modülün seçilmesindeki kriterler şunlardır;

download-1

  • Düşük maliyetli olması(Yaklaşık 2$).
  • Dahili olarak Mcu ve Wifi modülü taşıması( 32-bit RISC CPU: Tensilica Xtensa LX106 160MHz , IEEE 802.11 b/g/n Wi-Fi).
  • İki sistemin birleşimi olduğundan az yer kaplaması
  • Makerlar arasında kullanımı oldukça yaygın olması.
  • Arduino, lua, C++ gibi yaygın programlama dilleri ile programlanabilir olması.
  • Daha öncesinde sadece bu modül kullanılarak drone üretilmemiş olması.(Özgünlük).

 

1.1  Motor Seçimi:

 

Motor seçimde ki en önemli kriter drone’nun ağırlığıdır. Yukardıda da bahsedildiği gibi bir drone’nun maliyeti küçüldükçe azalabilir. Ancak, kendisine verilecek görevleri yerine getirebilmesi için üzerinde taşıması gereken komponentlerden dolayı küçültülebilecekleri miktar sınırlıdır.. Espcopter projesinde kullanılması düşünülmüş motorlarların listesi şunlardır:

İsim Dönüş Hız İtiş Kuvveti Voltaj Boyut Ağrılık Max Akım
CL-0615-14 14.000Kv 15gr 1.5-3.7V 6*15mm 1.8g 1.0A
CL-0720-14 14.000Kv 26gr 1.5-3.7V 7*20mm 1.8g 1.8A
CL-0820-15 15.000Kv 40gr 1.5-3.7V 8*20mm 4.9gr 2.75

CL-0720-14 motoru ağırlık itiş kuvveti oranında en iyi performansı verdiği için Espcopter projesinde kullanılması kararlaştırılmıştır.  Motorun birim maliyeti 1.25$ civarındadır ancak toplu alımlarda fiyat oldukça düşmektedir.

1.2  Kart dizaynı:

En son tasarladığımız Espcopter0.4v kart dizaynı aşağıdaki gibidir. İlk devre prototip tasarımları Proteus programı ile yapılmasına rağmen daha sonraki prototipler geniş SMD(surface mounted device) kütüphanesinden dolayı Eagle devre cizim programı ile yapılan çizim, kısıtlı bir alana sahip olduğumuzdan dolayı kart yüzeyindeki alan en verimli şekilde dağıtılmaya çalışılmıştır. Devre şeması proje sonunda yayınlamayı düşünüyorum.

v2

Espcopter’in Esp8266 modülüne sahip olması dünyada da ilk kez İnternet of things modülü  kullanan mini drone yapmıştır. EspCopter Projesinin özellikleri ise şunlardır;

  • Mikrodenetleyici İOT uygulamaları için geliştirilmiş ESP8266-12E 32-bit RISC CPU: Tensilica Xtensa LX106 running at 160MHz
  • Yaklaşık 35gr ağırlık 83*83mm boyut
  • 260 mAh batarya ile 7 dakikaya kadar uçuş süresi
  • USB bağlantı ile 25 dakikada şarj olabilmesi
  • IEEE 802.11 b/g/n Wi-Fi bağlantısı ile iletişim
  • 3- eksen MEMs gyros ve 3-axis accelerometer: Invensense MPU-6050 Sensör-
  • 2cm – 400cm aralıklık ultrasonic mesafe sensörü
  • 03hPa / 0.25m çözünürlüklü BMP180  barometrik sensörü

1.5  Kontrol Paneli:

 

Espcopter internete bağlanabilen her türlü cihaz ile kontrol edilebilir özelliktedir. Şuana kadar bilgisardan kontrol programı  büyük ölçüde tamamlanmıştır. Bilgisayar yazılımı Processing programı kullanılarak yapılmıştır. Espcopter bilgisayar üzerinden mause, klavye, joistik kol gibi aygıtlar ile kontrol edilebilmektedir. Aşağıdaki görselde bilgisayar yazılımının ekran görüntüsü bulunmaktadır. Programda ki bölümleri kısaca açıklarsak drone’dan gelen veriler sol üst köşede gösterilmektedir. Sol alt köşeden  sağ tarafa doğru giderken, drone RGB led kontrol bölümü, yanında drone’na gönderilmek istenilen özel komutlar için yazı konsolu yanında yön, motor gücü, ve ince ayar kısmı  kontrolleri bulunmaktadır. Sol alt köşede otonom uçuş koordinat belirleme sistemi bulunmaktadır. Sağ üst köşede ise otonom uçuş için kamera görüntüsü bulunmaktadır.

kontrol-paneli

1.6  Yazılım:

 

Aşağıda bulunan şekilde ki formüllerden de anlayabileceğiniz gibi drone boyutunun uçuş dinamiğine etkileri oldukça büyük etkileri bulunmaktadır. Kısaca özetlemek gerekirse, Drone boyutu ne kadar küçük olursa hareket kabiliyeti de o kadar artar ancak drone’nun kontrollüde giderek zorlaşır.

ceviklik-boyut-iliskisi

Espcopter yazılı Arduino programı ile yazılmıştır. Programının çalışması kısaca sensörder gelen veriler(Gyro: -250dps ~ 250dps, Accel: -2g ~ 2g) ilk olarak istenilen formata dönüştürülür. Dönüştürülen değerler Tamamlayıcı flitre(Compementary Filter) programına gönderilir. Bu kısımda sansıntılardar dolayı oluşan parazit değerler absorbe edilirler. Flitrelenen değerler son olarak PİD algoritmasına gönderilir bu kısımda drone’nun havada stabil uçması için motorlara gönderilecek anolog değerler tam olarak hesaplanır.

svsv

1.7  Otonom Uçuş:

 

Dış mekan konum belirleme sistemleri genel olarak GPS sistemini kullanmaktadır. Ancak, GPS sistemi, alıcı ve uydu arasında doğrudan görüş gerektirdiğinden kapalı ortamlarda başarılı sonuçlar verememektedir. Espcopter otonom uçuş özelliği iç mekan uygulamaları için geliştirildiğinden dolayı GPS özelliği eklenmemiştir. Espcopter iki farklı iç mekan konum belirleme sistemine sahip olması düşünülmektedir. Birinci yöntem drone’ların uçuş alanının üst noktasına yerleştirilmiş kamera ile çalışmaktadır. Kameralardan gelen görüntü bilgisayara gönderilir. Bilgisayar kontor programı ile görüntü içerisindeki drone’nun x ve y eksenlerinde yeri tespit edilebilir. Yükseklik tespiti drone üzerinde bulunan basınç ve ultrasonic sensörleri yardımı ile tespit edilir.

toplam

            İkinci yöntem RSSİ(Received signal strength indication)  yani sinyanl güç miktarı ölçümü yöntemi ile çalışmaktadır. Sistemn çalışma mantığı kısaca şu şekildedir. Dronelar üzerinde bulundurdukları wireless modül sayesinde sinyal yararlar. Uçuş yapılacak alanda ise köşe noktalara wiriless alıcılan eklenmiştir. Her bir wiriless alıcı drone’nun yaydığı sinyal toplar ve silyal gücünü ölçer. Bütün alıcılardan gen sinyal güç miktarı bir işlenerek drone’nun havada tam olarak nerde olduğu despit edilebilir.

img22

2. Maliyet Tablosu:

 

Espcopter en düşük maliyet ve yüksek performs için tasarlanmış. Alt taraftaki taploda tek bir Espcopter üzerinde bulunan  elektronik elemanlar ve maliyetleri verilmiştir.

Maliyet(Seri Üretim Değildir)
Adet Ürün Fiyat Maliyet
4 CL-0720-14 $    1.25 $   5.00
4 Pervane $    0.25 $   1.00
1 ESP8266 ESP-12E $    1.80 $   1.80
1 Gy-521 mpu-6050 $    1.80 $   1.80
1 BMP180 $    1.50 $   1.50
1 Hmc5883l $    1.00 $   1.00
1 IRLML2502 $    1.80 $   1.80
4 TO4067 $    0.06 $   0.24
1 CP2102 $    0.10 $   0.10
1 TPS33030 $    0.06 $   1.00
1 Batarya $    3.00 $   3.00
1 Diğer Malzemeler $    1.00 $   1.00
1 Devre Kartı Üretimi $    1.00 $   1.00
1 Ultrasonic $    2.00 $   2.00
  Toplam= $ 21.30

2.   Pazar Tanımı :

 

ESPcopter özel olarak iç mekan sürü drone teknoloji üzeride çalışma yapmak isteyen makerlar için üretilimiştir. Espcopterin rakiplerinden en büyük avantajı maliyet ve makerlar arasında nesnelerin interneti uygulamarında oldukça yaygın olarak kullanılan Esp8266-12E Wi-Fi modülüne sahip olmasıdır. Hali hazırda benzer amaçlar için üretilmiş dronelar ve Espcopter karşılaştırması:

Kullanılan Yazılımlar

resim

10177504_10201672785338258_8577167392692073411_n

 

Category: proje

19

Watch Dragon ball super