Aracımız
Mekanik Sistemimiz
Araç tasarımı yapılırken özgünlük, üretilebilirlik ve işlevsellik gibi temel hususlar dikkate alınmıştır. İnovatif fikirler göz önünde bulundurulmuş ve basmakalıplıktan kaçınılmıştır. Aracın temel fiziksel özellikleri (boyutları, ağırlığı vb.) yarışma isterlerine göre belirlenmiştir. Aracımız temelde altı ana parçadan oluşmaktadır: kabuk, modüler sistem (bağlantı kafesi), torpido, grabber, marker dropper ve batırma sistemi.
Kabuk Tasarımı
Kabuk tasarlanırken vatozlardan ve köpek balıklarından esinlenilmiştir. Kabuk, gövde ve üst kapak olmak üzere iki parçadan oluşmaktadır. Gövde, 5 mm kalınlığında duvarlara sahip ve içi boş olacak şekilde tasarlanmıştır. Elektronik bileşenler bu iç boşluğa yerleştirilecektir. Ayrıca, şeffaf yarım daire hazneler eklenerek kameralar için uygun yerler açılmıştır. Üst kapak, yarım silindir şeklinde tasarlanmış olup, gövdeye O-ringler ve vidalar ile monte edilerek ekstra sızdırmazlık sağlanacaktır. Kabuktan çıkan kablolar için sızdırmaz konnektörler kullanılacaktır. Motorlar doğrudan kabuk üzerine monte edilecektir. Araç tasarımında dört dikey ve 45 derece eğimli dört yatay motor bulunmaktadır.
Modüler Sistem
Geliştirmekte olduğumuz su altı aracı, farklı yarışmaların değişken görev gereksinimlerine uyum sağlayabilmesi amacıyla modüler bir yapıya sahip olacak şekilde tasarlanmıştır. Aracın alt kısmına entegre edilecek modüler sistem (bağlantı kafesi) sayesinde torpido, grabber ve marker dropper donanımları araca zarar vermeden ve araç geometrisine uyumlu şekilde bağlanabilecektir.
Bu yapı, her yarışmanın farklı teknik isterlerine uygun çözümler sunarak aracımızın esnekliğini ve işlevselliğini artırmayı hedeflemektedir. Örneğin, TEKNOFEST İnsansız Su Altı Araç Yarışması görevleri arasında nesne tutma, bırakma veya fırlatma gibi işlemler yer almadığından aracımız bu yarışmaya modüler sistem olmadan katılacaktır. Buna karşılık, RoboSub Yarışması gibi platformlarda nesne toplama (grabber), bırakma (marker dropper) ve torpido fırlatma (torpedo) gibi görevler bulunduğundan, bu görevleri gerçekleştirecek mekanizmalar geliştirdiğimiz modüler sistem üzerine monte edilecektir.
Modüler sistem, araca kolayca takılıp çıkarılabilir olacak ve tüm donanımlar temel yapıya zarar vermeden, optimum performans sağlayacak şekilde entegre edilecektir. Bağlantı kafesi, karbon ve/veya alüminyum plaka ve borulardan oluşacaktır. Kamera açısı ve batırma sisteminin optimum çalışma aralığı göz önünde bulundurularak, sensörlerin görüş açısını engellemeyen ve aracın dengeli hareket etmesini sağlayan bir yapı oluşturulmuştur.
Bu modüler yaklaşım, yeni görev modüllerinin kolayca eklenmesine olanak tanırken, bakım ve geliştirme süreçlerini de önemli ölçüde kolaylaştıracaktır. Sponsorlarımızın desteğiyle daha da geliştirilerek ileri seviye mühendislik çözümleriyle optimize edilmesi hedeflenmektedir.
Torpido Sistemi
RoboSub yarışması için aracın en önemli parçalarından biri torpidodur. Torpido sistemi, torpido fırlatıcısını taşıyan gövde ve torpido mermisinden oluşmaktadır. Torpido mermisi yaklaşık 4 cm çapında ve 10-15 cm uzunluğundadır.
Torpido fırlatıcısı için pnömatik (hava basıncı), elektromanyetik ve yaylı sistemler değerlendirilmiştir. Pnömatik ve elektromanyetik sistemlerin ekstra hacim ve sızdırmazlık gerektirmesi nedeniyle yaylı sistem kullanılmasına karar verilmiştir.
Fırlatma mekanizması için farklı yöntemler düşünülmüş olup, üretim kolaylığı ve ek motor ihtiyacının olmaması sebebiyle kapak (rack and pinion mekanizması ile merminin önünü açma) veya tetik mekanizması kullanılmasına karar verilmiştir. Yay sistemi için manuel yay germe veya önceden gerilmiş yay sistemlerinden biri tercih edilecektir.
Şartnamede iki atış yapılmasının gerekliliği nedeniyle fırlatıcı, iki ayrı torpido haznesine sahip olacak şekilde tasarlanmış ve şarjör ihtiyacı ortadan kaldırılmıştır. Böylece ekstra hacim, motor ve güç kullanımından kaçınılmıştır. Torpido mermisi, aerodinamik açıdan en uygun şekilde tasarlanarak su içinde en iyi hareket kabiliyetine sahip olacak biçimde geliştirilmiştir.
Grabber Sistemi
Su altında nesne toplama görevini gerçekleştirecek grabber için farklı güç aktarım sistemleri incelenmiştir. Pnömatik, hidrolik, elektromanyetik, dişli ve vidalı mekanik sistemler değerlendirilmiş; düşük maliyetli ve kolay üretilebilir olması sebebiyle dişli ve vidalı kombine sistem kullanılmasına karar verilmiştir.
Step motor, vidayı döndürerek bağlı mekanizmayı hareket ettirir ve bu hareket, dikey eksendeki enerjiyi yatay eksene çevirerek grabberın açılıp kapanmasını sağlar. Grabber, hem estetik hem de işlevsel olarak tasarlanmıştır.
Marker Dropper Sistemi
Marker dropper, içten bölmeli silindirik bir şekle sahiptir ve iki adet küresel marker (işaretleyici) taşıyacaktır. İç bölme, çembersel bir hareket yaparak her 90 derece dönüşünde bir marker bırakacaktır. Bu sistem, basit ve etkili olacak şekilde tasarlanmıştır.
Batırma ve Yüzdürme Sistemi
Su altı araçlarında en önemli sistemlerden biri batırma ve yüzdürme mekanizmasıdır. Günümüz denizaltılarında kullanılan sistemler oldukça basit ve işlevseldir. Bu sistem, Arşimet prensibine uygun olarak suyun yoğunluğu ve kaldırma kuvvetini kullanmaktadır.
Denizaltı gövdesi içerisindeki safra tanklarına dolan su, batmayı sağlarken, hava kompresörleriyle suyun tahliye edilmesi yüzeye çıkmayı sağlar. Otonom çalışacak olan su altı aracı için bu prensip temel alınarak sistem tasarlanmıştır.
İlk olarak, denizaltılarda kullanılan vana mekanizmalı safra tankları ve basınçlı gaz odası sistemleri incelenmiş; ancak ek hacim ihtiyacı ve sızdırmazlık sorunları nedeniyle bu sistemden vazgeçilmiştir.
Daha pratik bir çözüm olarak, basınç farkından yararlanan bir sistem geliştirilmiştir. Araç gövdesi dışında, özel tasarlanmış bir kabuk içerisinde çalışacak bu sistem;
-
Bir şırınga mekanizması,
-
Pistonu hareket ettiren bir step motor,
-
Bu hareketi sağlayan vidalı mil sisteminden oluşacaktır.
Araç suya bırakıldığında, dalma işlemi step motorun çalışmasıyla başlar. Motor, vidalı mili döndürerek pistonu hareket ettirir ve basınç farkı oluşturarak suyun içeri dolmasını veya dışarı tahliye edilmesini sağlar.
Sistem bileşenlerinin boyutları şu şekildedir:
-
7 cm çapında, 19 cm uzunluğunda 500 ml hacimli şırınga,
-
15 cm uzunluğunda vidalı mil.
Dış kabuk, silindirik biçimde olup ortalama 35 cm uzunluğunda ve 9 cm çapında olacak şekilde tasarlanmıştır. Arka kapağının açılır kapanır yapıda olması sayesinde sızdırmazlık sağlanırken, kablo bağlantıları için sızdırmaz konnektörlerin rahat bağlanması mümkün olacaktır.
Aracımızın Elektriksel Yapısı
Sistem, 4S 16000mAh LiPo batarya ile beslenmektedir. Güç iki ayrı kola ayrılmaktadır. Birinci kol, bir buck dönüştürücü ile voltaj 5V'a düşürüldükten sonra kontrol kartlarına güç sağlamaktadır. İkinci kol ise kill switch üzerinden geçerek iticilere, pnömatik motorlara, dropper’a, grabber’a, torpidoya ve aydınlatmaya güç vermektedir. Torpido ve grabber için, voltajı 5V’a düşürmek amacıyla ek bir buck dönüştürücü kullanılmaktadır.
Aracımızın Yazılım Altyapısı
Su Altı Kontrol Kartı
Pixhawk'un harici bir IMU ile birlikte su altı kontrol kartı olarak kullanılması, aracın stabilitesini ve konum doğruluğunu artırmaktadır. Bu sayede, otonom su altı aracımız (AUV), zorlu görevlerde yüksek performans sergileyebilmektedir.
Simülasyon
ROS2 tabanlı Gazebo test ortamı geliştirerek kullanıcıların kodları eş zamanlı olarak test etmesine olanak sağlıyoruz. Bu, kodların ince ayarının yapılmasında büyük bir avantaj sunmaktadır. Test ortamı, yarışma alanının ve görev nesnelerinin tamamen render edilmiş bir versiyonundan oluşmaktadır. Bu test ortamının kullanımı, yazılım ekibinin gerçek dünya yarışma koşullarına ihtiyaç duymadan geliştirme faaliyetlerine devam edebilmesine de yardımcı olmaktadır.
Yazılım Mimarisi
Yapay zeka destekli nesne tespitinin (CUDA kütüphanesi ile güçlendirilmiş) Python tabanlı otonomi (YOLO, SSD veya Faster R-CNN gibi Derin Öğrenme Modelleri) ve BlueOS ile entegrasyonu, AUV’mizin geniş bir yelpazede su altı görevlerini yerine getirebilecek sağlam ve verimli bir sistem oluşturmasını sağlamaktadır. Bu kombinasyon, paralel hesaplama, makine öğrenimi ve modüler yazılım mimarisinin avantajlarından yararlanarak gerçek zamanlı karar alma ve görev yürütmeyi mümkün kılmaktadır.
Bu entegrasyon, AUV’nin yeteneklerini artırmakla kalmayıp, gelecekte daha ileri seviyede ve otonom su altı keşiflerinin önünü açmaktadır. Su altı ortamları, akıntılar, bulanıklık ve değişken ışık koşulları gibi dinamik faktörlere sahiptir. Gelecekteki çalışmalar, AI modellerinin bu zorluklarla başa çıkma yeteneğini geliştirmeye odaklanabilir. Ayrıca, AI algoritmalarının GPU’larda çalıştırılması yüksek güç tüketimine neden olabilir. Hesaplama performansı ile enerji tüketimi arasındaki dengenin optimize edilmesi, görev sürelerinin uzatılması açısından kritik öneme sahiptir. Son olarak, gelecekteki AUV'ler takım halinde çalışarak verileri paylaşabilir ve görevleri koordine edebilir. Bu durum, iletişim ve dağıtılmış AI algoritmalarında ilerlemeleri gerektirecektir.
Sürdürülebilir bir geliştirme ve bakım süreci için yazılım ekibi, Git ve Docker kullanmakta ve titizlikle DevOps prensiplerine uymaktadır.