Görüntüsü genel olarak aynı fakat bir çok ismi bulunmakta. Quadrotor,quadcopter, multikopter, multirotor kimiside insansız hava aracı (UAV) demekte.Dörtten fazla pervaneli modelleride bulunmakta. Yeni değiller, ilk fikirler ve kullanışsız büyük mekanik prototipler 1920li yıllarda ortaya atılmış. Zamanla elektronik sistemlerin kabiliyetleri geliştikçe ve mekanik sistemlerinde ufalmasıyla ortaya çıkan MEMS teknolojisi sayesinde 1990 lı yıllarda üniversitelerde küçük, elektronik kontrollü quadların yapımına başlanmış. 2000'li yıllarda popülerliği gittiçe artan bu araçların günümüzde deyim yerindeyse çılgınlığı yaşanıyor.
Bende bu araçtan yapmaya geçen sene karar verip bir kısım malzemeyi almıştım fakat başlamak bu yazın başına kısmet oldu.İki aylık bir zaman diliminde projeyi sıfırdan uçar hale getirdim. Bu süreçte okumadığım doktora/yüksek lisans tezi, incelemediğim sensör kalmamıştır heralde
Bu projenin benim için güzel olan kısmıysa yazılımın ve tasarımın baştan sona bana ait ve orjinal olması. main.c den bu yana 10 larca dosya ve binlerce satır kod birikmiş durumda. Bunun avantajını ilerleyen günlerde görmeyi düşünüyorum. Araç her nekadar basit gözüksede siz aldanmayın, proje bir o kadar zor. Yolda görenler dört pervaneyi taktığımızda hemen düzgünce uçacağını sanıyorlar. Birisi ben lehim falan yapabiliyorum anlarım böyle işlerden demişti :) Fotoğraflarda masum dursa da işler ters gitmeye başladığında insanı çıldırtabiliyor.Bir keresinde geliştirme aşamasındayken sensörlerde iyileştirme için yaptığım değişiklikten sonra sistem çalışmayınca sinirden masayı yumrukladığımı hatırlıyorum. Meğersem herşey doğruymuş fakat kabloyu uzun tuttuğumdan dolayı gerilim düşümü yaşanıyormuş :) Bu kadar laftan sonra ilk prototipin mekanik gövdesini yaparken çektiğim bir kaç fotoğrafa bakalım.
Fotoğraflarda gördüğünüz ve videolarda göreceğiniz motorlar biraz farklı. Bunun sebebi akrobatik modda taklalar atarken iyi sıkmamış olduğum elektronik kartın kablosunun yerinden çıkması, sonrasını tahmin edebilirsiniz zaten :) Kablo çıkınca tüm pervaneler aynı anda durdu ve 20 metre civarı bir yükseklikten serbest düşüşe geçti. Şanslıymışım, sadece bir motor kaybım oldu. Verim testi yapmak için almış olduğum motor çiftlerinden biriyle quadın iki motorunu değiştirdim. Quadsız kalmamak için yeni siparişlerim elime ulaşana kadar akrobatik modu geliştirmeyi durdurdum, stabil modu geliştirmeye devam ediyorum. Bu modda gazı kesmediğiniz sürece kasıtlı olarak bile aracı yere düşürmek çok zor. Kumanda kollarını bıraktığınız anda havada asılı kalmaya başlıyor.
Gövde için 2.5x1.75 lik alüminyum profil bulabildim, epey ağır. Aracın toplam ağırlığı şuan için 1450gr. Bu şekilde verimli uçuş süresi 10 dakika civarı. 10dk dan sonra kaldırma kuvveti azaltığı için cihazı kontrol etmek zorlaşıyor. 12. dakikaya doğru pil bitiyor zaten. Denediğim maximum ağırlık kendi ağırlığıyla birlikte 2kg. 2kg'ı rahat bir şekilde taşıyabiliyor. Watt testlerinde 3Kg dan fazla kaldırabileceği gözüküyor fakat bu ağırlığı kaldırmaya çalışmak anlamsız olur. Yeni siparişimdeki carbon fiber parçalar elime geçtiğinde gövdeyi %100 karbon yapmayı düşünüyorum. Yeni versiyonda da artık xpressoyu projeden çıkartıp ufak, tek bir elektronik kart yapmayı düşünüyorum. Böylece uçuş ağırlığımın 1100gr altına ineceğini hesapladım. Ayrıca yüzey alanıda küçüleceği için rüzgardan biraz daha az etkilenir hale gelecek. Kısacası yeni yapacağım sistem daha fazla ek yük taşıyabilecek, daha uzun süre havada kalabilecek, daha hızlı tepki verip daha hızlı gidebilecek. Maximum hızımı ölçmedim fakat araç gerçekte videolarda göreceğinizden daha hızlı hareket etmekte.Zaten tam gaz çalıştırdığım kısa bir kaç nokta var, motor seslerinden de anlayabilirsiniz.Ayrıca videolardaki yazılımlarda güvenlik amacıyla motorlara kısıtlama koydum.
Quadın mekaniği şuan verimsiz olsada yazılımı baya verimli oldu.Sonuçta ilk prototip ve motorları bile farklı :) Yazılımdaki ana fonksiyonlar, güncelleme hızları ve bir saniyelik periyotta işlemcinin bu fonksiyonlarda ne kadar zaman geçirdiğini yaptığım ölçüm sonuçlarından görebilirsiniz. İşlemcim şuan için 72Mhz de çalışmakta. 100MHz'e kadar yolu var :)
- readSensors (sensörleri okuma, filitreleme, SI birimlerine çevirme) 1Khz ~551.7ms
- updateIMU (sensörlerden IMU açı bilgilerini güncelleme) 200Hz ~132.6ms
- updatePID (IMU bilgilerinden dört eksende PID verilerini güncelleme) 200Hz ~15.8 ms
- readReceiver (Kullanıcıdan gelen kumanda verilerini okuma) 50Hz ~0.015ms
- updateMotors (Güncel PID verilerinden motor hızlarını güncelleme) 200Hz ~0.18ms
- printTelemetry (Telemetry verilerini istenen kanala yazma) 20Hz ~115.6ms
- systemIdle (işlemcinin zamanını boşta geçirdiği fonksiyon) ~184.1ms
Şimdilik işlemcinin hangi işe ne kadar zaman ayırdığı bu şekilde. 184ms'lik boş zamanı var.Yeni bir eklenti yapmam gerektiğinde işlemci hızını arttırabilir veya sensörleri okuyan fonksiyonu yavaşlatabilirim. Sonuçta yarıdan fazla zamanı orda geçiriyor gözüküyor. Double sayılarla karmaşık trigonometri hesapları, çapma bölme gibi işlemleri yüksek hızlarda senkron bir şekilde yapabiliyor. Quadımı piyasada yayınlanan, satılan hazır veya açık kaynak kodlu quadlardan ayıran en önemli farklardan birtanesi de bu. Bahsettiğim quadların verileri değerlendirirken açık ve kesin sonuçlu hesaplamalar yapmak yerine trigonometriden kaçınmak için matris kullanmakta, bazı yerlerde float sayılar üzerinde sadeleştirmeye gitmekte olduklarını gördüm.Bu halde bile çıkabildikleri güncelleme hızları 100Hz-150Hz.Açı ve motor güncelleme olarak daha yüksek hızlara çıkma imkanım var fakat piyasada satılan klasik PWM ESC ler bu hızlara ve şuanki güncelleme hızıma yetişememekte. Kendi ESC'mi kendim yapmam gerekecek.
Sistemin şuan sahip olduğu ana özellikler:
- Yüksek hızda yüksek doğrulukta açı ve sensör bilgileri
- Altitude Hold (İrtifa sabitleme)
- Heading Hold (üç eksende -PI/+PI aralığında kuzey ile yapmış olduğu açıyı sabitleme)
- Telemetri sistemi ile uzaktan izleme ve verileri kayıt imkanı
Eklemeyi, yapmayı düşündüklerim:
- Otomatik iniş otomatik kalkış
- Yeni ve tek PCB tasarımı
- Yüksek hızlı ESC yapımı
- Yazılımın C++ ile daha modüler ve verimli yazılması
- GPS ile pozisyon sabitleme
- GPS ile maps entegrasyonu, haritada seçilecek noktalara sırasıyla otomatik uçma
- İstenilen aracın otomatik takip edilmesi.
- Otomatik eve dönüş
- Uzaktan video aktarımı
- 3G ile internete bağlanma ve uçarken internet üzerinden kontrol, görüntü alımı
Yeni parçalarım elime geçtiğinde yavaş yavaş yukarıdaki işlevleri eklemeyi düşünüyorum. Şimdi videolara geçelim. Bulunduğum konum ülkenin rüzgar potansiyeli en yüksek noktası olduğu için bir aydır pek video çekme imkanım olmadı. Geçen haftasonu bir kaç video çekebildim. Aşağıda izleyebilirsiniz. Gövdede yaptığım ufak değişiklikler sonucu PID katsayılarını yenilemem gerekti. Mavi motorların katsayıları tam denk gelirken sarı motorlarınkiler biraz az kaldı, arada sarı motorların ekseninde ufak sallantılar yapmakta.