Dört rotorlu döner kanat tip iha ile otonom yangın algılayıcı - söndürücü tasarımı
Design of a four-rotor rotary-wing uav with autonomous fire detection and suppression capability
Yazar: ENES DÜZEN
Danışman: DOÇ. DR. AHMET KAYABAŞI
Karamanoğlu Mehmetbey Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Ülkemizde yaşanan orman yangınları sebebiyle bu tez çalışmasında otonom uçuş gerçekleştirerek yangını algalayabilen ve üzerine söndürücü boşaltabilen, özgün tasarıma sahip dört rotorlu döner kanat tipi insansız hava aracı (İHA) tasarlanmıştır. Tasarımın üç boyutlu katı modellenmesi için SolidWorks kullanılmıştır. İlgili materyal malzemeye atanarak yaklaşık ağırlık hakkında fikir sahibi olunmuştur. Elektriksel analiz için ecalc.com web sitesinden ilgili parametreler (ağırlık, pil gerilimi, pervane çapı, pervane hatvesi gibi) girilerek uçuş süresi ve elektriksel donanımların uygunluğu denetlenmiştir. Tasarım ile ilgili problemler giderildikten sonra gövde, karbonfiber plaka, karbonfiber boru ve polilaktit filament ile üretilmiştir. Ardından güç ve elektronik sistemler birleştirilerek araca entegre edilmiştir. Yangın algılama görevi ve söndürme görevi için yardımcı donanımsal olarak Raspberry Pi, kamera modül, dalgıç pompa ve motor sürücü, yazılımsal olarak olarak Open Source Computer Vision (OpenCV) kütüphanesi kullanılmıştır. Otonom hareket kabiliyeti için donanımsal olarak uçuş kontrol kartı (Pixhawk 4), jireskop, barometre, pusula, ivme ölçer, küresel konumlama sistemi (KKS) ve telemetri, yazılımsal olarak Mission Planer ve DroneKit kütüphaneleri kullanılmıştır. Senaryoya göre insansız hava aracı bulunduğu noktadan otonom şekilde kalkarak koordinatları verilen su alma havuzuna giderek sensörler su algılayana kadar irtifa azaltacak, algılama sağlandığında yüksekliğini koruyarak deposuna bir süre su çekecek ardından koordinatı verilen yaklaşık yangın alanına giderek kamera açacaktır. Yangın alanını temsilen belirlenen şekil, büyüklük ve yoğunlukta kırmızı renkli alan tespit ettiğinde görüntüdeki bu alanı merkezleyerek su bırakma işlemini gerçekleştirdikten sonra kalkış yaptığı konuma geri dönecektir. Yapılan uçuş testleri sonucu prototipin senaryoyu başarıyla tamamladığı görülmüştür.

Abstract:
This master's thesis presents the design of a four-rotor rotary-wing unmanned aerial vehicle (UAV) with original design features capable of autonomously conducting aerial surveillance and fire suppression operations in response to the forest fires occurring in our country. SolidWorks was utilized for three-dimensional solid modeling of the design. By assigning relevant materials to the components, an estimation of the approximate weight was obtained. Electrical analysis was conducted using the ecalc.com website, inputting parameters (such as weight, battery voltage, propeller diameter, propeller pitch, etc.,) to evaluate flight duration and assess the compatibility of electrical components. After addressing design-related issues, the airframe was produced using carbon fiber plates, carbon fiber tubes, and polylactic acid filament. Power and electronic systems were then integrated into the UAV. For fire detection and suppression tasks, Raspberry Pi, a camera module, a submersible pump, and a motor driver were employed as hardware components, while the OpenCV library was utilized for software purposes. The UAV's autonomous movement capability was achieved through the use of hardware components such as the flight controller board (Pixhawk 4), gyroscope, barometer, compass, accelerometer, global positioning system (GPS), and telemetry, and software components such as Mission Planner and DroneKit libraries. Following a predetermined scenario, the UAV autonomously took off from a specified location and proceeded to a water collection pool whose coordinates were provided. It gradually reduced altitude until the sensors detected water, at which point it maintained its altitude and filled its tank for a period of time. Subsequently, the UAV navigated to the approximate location of the designated fire area and activated its camera. By detecting a region in the image that corresponded to the predefined shape, size, and intensity of a fire area represented by the color red, the UAV centered the image on this area and performed the water release operation. Finally, it returned to its initial takeoff position. Flight tests demonstrated the successful completion of the prototype's scenario.