Mekatronik tasarım yöntemi ile haritalama yapan sabit kanatlı insansız hava aracı geliştirilmesi ve entegrasyonu
Unmanned fixed wing mapping air vehicle development and integration with mechatronics design method
Yazar: YUNUS ARIKAN
Danışman: DOÇ. DR. AHMET GAYRETLİ
Afyon Kocatepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Havacılık Mühendisliği = Aeronautical Engineering ; Mekatronik Mühendisliği = Mechatronics Engineering
Dizin: Sistem entegrasyonu = System integration

Özet:
Bu tez çalışmasında, arazi haritalamada kullanılmak üzere sabit kanatlı insansız hava aracı geliştirilmesi, entegrasyonu ve ilk örnek üretimi mekatronik tasarım yöntemi ile gerçekleştirilmiştir. Mekatronik sistem başlı başına çok disiplinli ve disiplinler arası konuları kapsayan, mühendislik tasarım yöntemlerinin bütünleşmiş halidir. Üretilen ilk örnek, tasarım yöntemi ve aşamaları belirlenerek her bir tasarım adımı sisteme uygulanmak suretiyle oluşturulmuştur.  

Mekatronik tasarım sürecinde tez çalışmasının konusunu oluşturan sabit kanatlı insansız hava aracı geliştirilmesi için öncelikli olarak modelleme ve simülasyon adımı ele alınmıştır. Bu adımda sistem için gerekli olan ihtiyaçlar belirlenerek kavramsal tasarım adımına geçilmiştir. Kavramsal tasarım sırasında ihtiyaçları karşılayacak olan ekipmanlar belirlenerek her biri değişik kriterlerde değerlendirilerek bir tercih yapılması suretiyle en iyi ekipman seçilmiştir. Aynı şekilde ekipmanlara uygun sürücü ve sensör seçimleri de yine belirli kriterlere uygun olarak derecelendirme yöntemiyle sisteme en uygun sensör ve sürücü seçilmiştir. 

Sistem kurulumu öncelikli olarak matematiksel olarak yapılmış ve matematik model oluşturularak bu modele uygun kontrol sistemi tasarlanmış ve otopilot kontrol kartına uyarlanmıştır. Son olarak sabit kanatlı insansız hava aracının entegrasyonu yapılarak elde edilen veriler detaylı olarak incelenmiş, maliyet ve ağırlık optimizasyonu yapılmıştır. Elde edilen bulgular üzerinden sistem maliyetinin piyasadaki eşdeğerlerinin %  5,8'i kadar olduğu görülmüştür.

Tez çalışması kapsamında geliştirilen ilk örnek için gövde yapısında Genleştirilmiş Polistren Köpük (EPO) maddesi, itme hareketini sağlaması için dıştan dönmeli fırçasız motor, kanatçık hareketlerinin sağlaması için de servo motorlar kullanılmıştır. Sistem hareketinin bütününü oluşturan otoplot kontrol kartı olarak Pixhawk modülü tercih edilmiştir. Kamera görüntüleme ara elemanı sayesinde tasarlanan sistemden elde edilen görüntüler fotomgrametrik kıymetlendirme yöntemiyle ortofoto haline getirilerek arazi haritalama işlemi gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
In this research, fixed-wing unmanned aerial vehicle design and prototyping is made to be used for land mapping with mechatronic design methodology. Mechatronic system, including multi-disciplinary and interdisciplinary issues in it, is integrated into the engineering design process. Produced prototype is formed by determining and applying design method and design steps.

In the mechatronics design process, for the development of fixed-wing unmanned aerial vehicle forming the subject of the thesis as a priority modeling and simulation steps were discussed. In this step, required needs for the system are determined than conceptual design step has been initiated. During the conceptual design, equipment that will meet the needs was identified and each of them evaluated various criteria to make a best choice. Likewise, appropriate driver and sensors has been selected in the same way. 

System setup is primarily done by mathematically. Control system is designed according to a mathematical model and adopted to autopilot control card. Finally, by making the integration of fixed-wing unmanned aerial vehicle obtained datum were examined in detail also cost and weight were optimized. According to obtained results, cost of the system comparison with equivalents on the market was up to 5.8%.

Produced prototype body is made from Expanded Polyolefin (EPO) foam. Propeller and flap movement is provided by outrunner brushless motor and servo motors. Pixhawk control module is used as Autopilot controlling.  Images that obtained from designing system by camera auxiliary equipment were converted into orthophoto with photogrammetric sensing method and land mapping was performed.