Quadrotor – Uçan PIC – 1
Havada sabit duran bir video platformu yapmak ister miydiniz?
Bu aydan başlamak üzere bir mini yazı dizisi başlatarak son uğraştığım PIC projemin gelişimini, teorisini,zorluklarını,deneyimlerimi sizlerle paylaşmak istiyorum.Bu proje son 7-8 aydır uğraştığım çoğu kez beni sinirlendiren ve neredeyse havlu atma noktasına getiren ama her adımı başarılı oldukça da sevindiren ve gelişen bir proje.Uçan PIC!
Uçan PIC’in neye benzediğimi merak edenlere bir resim.
Resimde de gördüğünüz gibi Uçan Pic, 4adet oldukça iri pervanesiyle uçmaya çalışan ve havada stabil durması amaçlanan uzaktan kumandalı mikroişlemci kontrollu bir video platformu.Yani proje sonunda amaçlanan bu, uçan ve kumanda edilebilen son derece stabil bir video çekim platformu olması. Fikir İrlandalı bir mühendis arkadaşımla yaptığımız bizim rakı masası sohbetlerine benzer bira eşliğindeki pub sohbetlerinden birinde fikir olarak ortaya çıktı.Arkadaşım hem fotoğrafa hemde model uçakçılığa meraklı.Hep uzaktan kumandalı model helikopterine video kamera takıp çekim yapmak istemiş ama helikopter yeteri kadar stabil bir platform olmadığı için çektiği videolar hep vibrasyon patternleri içeriyormuş.Tabii bunu onlemenin bir yoluda jiroskop stabilizasyonlu kamera bağlama platformu kullanmakmış. Bu sistem oldukça pahalı bir sistem. Bana sorunu anlattığında hemen bir peçete üzerinde tartıştığımız ilk konu buydu,böyle bir stabil platformu PIC,servolar ve mems jiroskoplarla yapmak ve model helikoptere takıp denemekti ama sevgili arkadaşım TA3AS,Serdar Ulukonakçı’nın maymun iştahlılığıma atfen söylediği “içimdeki maymun” gene durmadı ve o anda bu stabil kamera projesini kağıt üzerinde biranın etkisiyle de çöpe atıp, yaa neden bu platformu uçan bir platform haline getirmeyelim demek gafletinde bulundum. Böylece “uçan PIC”,in ilk fikir tohumları atılmış oldu. Tabii bu durumda yapılacak en mantıklı girişim en iyi dostumz google’a danışmak oldu.Google araştırmasında bu konuda bir alay gelişme olduğunu ve bizim içki masasında ana hatlarını tartıştığımız uçan video kamera platformunun aslında ilk mucidi biz olmayacağımızı gördük. Rastladığım en popüler ve en meshur platform Draganflyer (www.draganfly.com) idi. Bu arada www.uavp.ch sitesinde yer alan UAVP ve www.mikrokopter.de sitesinde bulacağınız Mikrokopter gibi kendin yap tarzı satılan quadrotorlar bunlardan birkaçı. Gyro stabilizasyonlu artı düzeninde yerleştirilmiş dört adet motor ve pervaneden oluşan uçan araçlar esas olarak helikopterle akraba ve quadrotor olarak adlandırılıyorlar. Helikopterlerden farklı olarak quadrotorlarda ana pervanenin torkunu yani dönme etkisini almak için bir kuyruk pervanesi bulunmuyor.Ayrıca helikopterleri karmaşık araçlar haline dönüştüren pervane açısı değiştirme düzeneğinden yoksunlar. Basit olarak dört adet sabit pervaneli motor ve bu motorların devrini değiştiren bir devir kontrol düzeneği quadrotorların uçmasını sağlayan en basit konfigürasyon. Peki o zaman neden bu basit konfigurasyon uçmaya çalışırken benim 8 ayımı aldı ve zaman zaman beni havlu atma noktasına getirdi…
Görüldüğü gibi dört adet motor dönüş yönü olarak iki adet ters ve iki adet düz yönde dönüş olarak çiftlenmiştir.Bunun amacı motorların helikopterdeki gibi dönerken oluşturduğu tork’u yani dönme kuvveti etkisini sıfırlamak böylece platformun kontrolsüz olarak kendi ekseni etrafında dömesini önlemek.Aynı etki helikopterde kuyruk pervanesinin açısı değiştirilerek mekanik olarak sağlanır. Şimdi fizikteki meşhur terim “ideal şartlar altında” yani dış etkiler,rüzgar,yerçekimi v.s. etkisi muntazam olursa ve her motor aynı devirde dönerse quadrotor stabil bir şekilde havada asılı kalır.Tabii fizik dünyasında ideal şartlar sadece fizik kitaplarında yaşanır.Gerçek dünyada hiçbir motor birbirinin aynı üretilemez,dolayısıyla bir devir kontrolü gerekir.peki her motoru aynı devirde tutarsak iş kolaylaşır ve quadrotor uçar mı? Uçar bir kaç saniye!daha sonra bir tarafına doğru devrilmeye ve üç ekseni olan her cisim gibi eksen açılarında yön değiştirmeye başlar.Bunun sebebi dış etkiler yani sistemin yer çekimi dağılımı, eksen agırlık değişimi, rüzgar vs. İşte işin zor kısmı yani saç baş yoldurtan kısmı bu dış etkileri kontrol almaya çalışınca başlıyor. Bu noktada işin içine PIC ve 3 adet MEMS jiroskop ve üç eksenli ivme ölçer giriyor.Şimdi amaç quadrotor’un üç eksenindeki yani “ROLL”,”PITCH” ve “YAW” eksenlerindeki açı değişimlerini üç eksen üzerine paralel üç adet jiroskop koyarak sürekli gözlemek ve aynı zamanda üç eksenin ivmesini ölçerek te o eksenler yönündeki hareketler hakkında PIC’e veri sağlamak. Şimdi diyelim ki quadrotor öne doğru hareketlendi,o zaman “PITCH” gyrosu bu hareket hakkındaki açı değişikliklerini bir analog voltaj olarak PIC’e iletir bu arada hareketin hız büyüklüğü yani yerçekimi ivme katsayısi da o ekseni takip eden ivme ölcerden gelir.Şimdi PİC bu verilerle platformun öne devrildiğini ve ne kadar hızla devrildiğini bilir tabii analog voltaj birimi olarak.Yapması gereken bu durumu düzeltmek için karşı hareketi hasplamak yani ön motorun devrini bir miktar artırırak arka motorun devrini de aynı oranda düşürmektir.Bu eşit oranlarda ki devir atrırma ve eksiltme total trust’ın yani havada kalmayı sağlayan itki gücünün değişmemesini böylece paltformun yükseklik kaybını engeller. Bu hesaplamaların ve daha geniş kapsamlı quadrotor teorisi ile quadrotor programını geliştirirken yaşadıklarımı gelecek ay ki yazımda anlatmaya çalışacağım. Bu ay sizlere bir kaç resim ekinde aşağıda quadrotorun bölümlerini tanıtacağım. Gelecek ay da oldukça eğlenceli bulacağınıza inandığım uçuş deneme videolarımdan birkaçını yazıma ekleyeceğim :-) Kimseyi bu yazı dizisi sonunda gücendirmemek için bir açıklama yapmak isterim.Bu yazı dizisi klasik bir pic proje yazısı değil yani bu yazı sonunda işte size bir devre şeması ve bir pic programı şimdi bir quadrotor yapalım diye bir beklenti olmasını ve hayal kırıklığı yaratmak istemiyorum. Yazının amacı PIC konrollü bir quadrotor geliştirirken yaşadığım dijital deneyim,MEMS gyro ve ivme ölçer teknolojisini tanıtmak ve açıklamak,quadrotor ve PID aplikasyonlu uçuş teorisini ve pratik aplikasyonunu bir amatör elektronikçi gözüyle değerelendirmek.Bu garip uçan cismi tanıtmak…
Gelecek ay görüşmek dileğiyle…
Quadrotor iç organları… yani uçmayı gerçek kılan PIC ve MEMS gyrolar ile ivme ölçer. 
IMU yani İnertial Maneuvering Unit denen üç adet gyro ve bir adet üç eksenli ivme ölçderden oluşan grup.Bir nevi otomatik pilotta diyebiliriz. 
Güç ünitesi fırçasız(brushless) 70 wattlık motorlar. 
Fırçasız motorların devrini kontrol eden ESC (Electronic Speed Controller) elektronik hız kontrol ünitesi.Bundan dört adet kullanılmakta.
Barbaros Aşuroğlu
TA2CBA
ta2cba@antrak.org.tr
