Ardupilot Nedir

ArduPilot Mega (APM), hava ve kara araçlarınıza otonom hareket kabiliyeti için oldukça gelişmiş bir otopilot sistemidir. Multirotor, uçak ve helikopter gibi hava araçlarının yanı sıra, uzaktan kumandalı model araçlarınızda da kullanabilirsiniz.

APM, Arduino Mega temelli bir kontrol kartıdır. Mikrokontrolcülerin yanı sıra, otonom hareket için gerekli olan ivmeölçer, jiroskop, barometre ve manyetometre gibi sensörler de kart üzerine entegredir.

Parça Tipi

Uçuş Kontrol Kartı

ArduSub Nedir?

ArduSub, otonom (AUV) ve uzaktan kumandalı su altı araçları (ROV) için geliştirilmiş açık kaynaklı, güvenli ve çok özellikli bir yazılım sistemidir. Yer kontrol istasyonu yazılımı kullanarak aracın uzaktan ölçüm verilerinin gözlemlenebilmesine ve planlanan görevleri yerine getirebilmesine olanak sağlar. ArduSub, su altında araç kontrolü yapacak acemi kullanıcıların da yararlanabilmesi için basit ve özelleştirilebilir tasarıma sahiptir ve su altı robotiği alanında öncü bir sistemdir.

ArduSub, birkaç farklı araç yapısını ve motor dizilimini kütüphanesinde hazır olarak destekler. Ayrıca kullanıcı özel bir şasi/motor dizilimini kontrol etmek isterse, motorların itki yönlerini ve etkiledikleri ekseni ArduSub sitesinde yer alan .cpp dosyası içerisinde belirttikten sonra programdaki kütüphaneye ekleyebilir (bkz. Özel Dizilim). ArduSub sistemindeki birçok parametre, donanım ve yazılım kullanıcı tarafından özelleştirilebilir.

ArduSub kullanan ROV ve AUV araçları özetle aşağıdaki alanlarda kullanılabilir.

• Su altında keşif, gözlem, fotoğraf ve video kaydı.
• Akademik araştırmalar ve ROV, AUV yarışmaları.
• Gemi gövdesi denetleme, enkaz araştırma ve kurtarma çalışmaları.
• Biyolojik inceleme ve örnek toplama.

Desteklenen Şasi/Motor Dizilimleri

Aşağıda verilen dizilimler, ArduSub kütüphanesinde bulunur ve herhangi bir kodlama gerektirmeden kullanabilirler. Yeşil renk ile belirtilen iticiler saat yönünün tersine dönüş yaparken mavi renkle belirtilen iticiler saat yönünde dönüş yapar. Araçta herhangi bir asimetrik tork oluşmaması için iticilerin dönüş yönleri ve doğrultuları önemlidir. Bu dizilimler, kullanılacak itici sayısına, gereken serbestlik derecesine, manevra kabiliyetine göre değerlendirilmeli ve bir seçim yapılmalıdır. Sonrasında QGroundControl programındaki Frame Setup sekmesinden bu dizilim seçilebilir. (“kod” şeklinde belirtilenler dizilimin program içerisindeki adıdır.)

6-serbestlik dereceli dizilim (kod: bluerov)	ARAT’ın da kullandığı 5-serbestlik dereceli dizilim (kod: vectored)	Ağır yük taşımaya uygun 8 iticili ve 6-serbestlik dereceli dizilim (kod: vectored6dof)
Tek dikey yönlü iticili dizilim (kod: simplerov)	İki dikey yönlü iticili dizilim (kod: simplerov)	İki dikey yönlü ve bir yatay yönlü iticili dizilim (kod: simplerov)

Uçuş kontrol (otopilot) kartı olarak desteklenen birçok kart olsa da önerilenler, Pixhawk, Pixhawk 2 ve Pixhawk Mini’dir. Alınan geri dönütlere bakılırsa Pixhawk 4 de ArduSub (versiyon 4+) ile çalışmaktadır fakat bazı fonksiyonlarda sıkıntı yaşanmaktadır. Daha tamamen test edilip optimize edilmediği için Pixhawk 4 tam olarak önerilmez.

ArduSub’da yer kontrol istasyonu ve araç arasındaki iletişim için MAVLink protokolü kullanılır. MAVLink, özellikle drone’lar ROV’lar gibi insansız araçlar ile haberleşmek için kullanılan verimli bir iletişim protokolüdür. MAVLink XML dosyaları aracılığıyla tanımlanır. Bu dosyalar “dialect” olarak da adlandırılan mesajları içerir ve paketler halinde iletişimi sağlar. Normal şartlarda ArduSub herhangi bir programlama gerektirmez fakat özelleştirilmek istenirse, pymavlink (Python – MAVLink) kullanılarak hazırlanılan bir Python scripti sayesine sensör verileri okunabilir ve araca komut verilebilir.

ArduSub sisteminin yetenekleri:

• Geri bildirim kontrolü ve stabilite: ArduSub sistemi, aktif olarak araç yönlendirmesi için oldukça hassas bir geri bildirim kontrolüne sahiptir.
• Derinlik tutma: ArduSub sistemi, basınç/derinlik sensörleri kullanarak aracın su içerisindeki derinliğini koruyarak birkaç santim içerisinde tutabillir.
• Baş istikameti tutma: ArduSub sistemi, herhangi bir dönme komutu almadığı sürece araç başının istikametini otomatik olarak korur.
• Kamera eğimi kontrolü: Araç üzerindeki kameranın eğimi bir servo veya gimbal motorları sayesinde kumanda/joystick ile kontrol edilebilir.
• Işık kontrolü: Araç üzerindeki denizaltı aydınlatma ışıkları kumanda/joystick sayesinde kontrol edilebilir.

ArduSub’un opsiyonel olarak sağladığı özellikler:

• Basınç ve derinlik değerleri okuma (M sensörü sayesinde)
• Sonar cihazları sayesinde alan tarama ve buna bağlı araç kontrolü
• Su altı yer tespit sistemlerini kullanımı ve GPS verisi alma

Minimum ve Önerilen Donanım Gereksinimleri:

Önerilendonanımlar kullanılarak oluşturulan örnek bir ArduSub sisteminin bağlantı şeması aşağıda verilmiştir. Sistemde yer alan elektronik ürünler kullanıcının seçtiği modele göre farklılık göstereceğinden dolayı ürünlerin güç ve data girişleri üretici firmanın yayınladığı dokümantasyona göre ayarlanmalıdır.

Kontrol bilgisayarı, kumandadan aldığı girdileri, yardımcı bilgisayara (Raspberry) iletir. Bu iletim sırasında Ethernet kablosu, haberleşme modülü yardımıyla nötr yüzer kabloya ve daha sonra tekrar Ethernet kablosuna dönüştürülerek yardımcı bilgisayara bağlanır. Yardımcı bilgisayar, aldığı verileri otopilot kartına (Pixhawk) iletir. Pixhawk, bu verilere göre ESC(vesilesiyle iticileri), ışıkları ve servoları kontrol eder ve üzerine bağlı olan sensörlerden aldığı verileri yardımcı bilgisayar üzerinden tekrar kontrol bilgisayarına gönderir. Güç kaynağı, ESC, aydınlatma gibi yüksek volt/amper isteyen elemanlara direkt bağlanırken otopilot ve yardımcı bilgisayar gibi düşük volt isteyen elemanlara regülatörler ile bağlanır. Güç algılama modülü, otopilot kartına güç kaynağından çekilen volt/amper değerini gönderir ve buna bağlı olarak batarya seviyesi ile harcanan güç ölçülür. Ayrıca yardımcı bilgisayar bağlı olduğu kameradan aldığı video görüntülerini kontrol bilgisayarına gönderir.

ArduSub sisteminin minimum donanım gereksinimleri:

• Uçuş kontrol/ Otopilot kartı: ArduSub yazılımını çalıştıran, kontrol girişlerini, sensör verilerini işleyen ayrıca motorları, aydınlatmayı ve röleleri çalıştıran uçuş kontrol kartıdır.

• Kontrol bilgisayarı: Yüzeyde bulunacak olan kontrol bilgisayarı, video görüntülerini, telemetri (uzaktan ölçüm) bilgilerini araçtan alıp ekranda görüntüler. Ayrıca kumandadan gelen girdileri araca ileterek aracın kontrol edilmesini sağlar.

• Yardımcı bilgisayar: Yardımcı bilgisayar (Raspberry), araçta bulunan kameradan aldığı video görüntülerini kontrol bilgisayarına iletir ve uçuş kartı ile kontrol bilgisayarı arasındaki MAVLink bazlı haberleşmenin gerçekleşmesini sağlar. Yardımcı bilgisayar, Ethernet modülü ile kontrol bilgisayarına bağlanır fakat Ethernet kablosu su altında hareket için fazla kalın ve ağır olduğundan su içerisinde nötr yüzer kabloya (tether) dönüştürülür.

• Kumanda: Aracın uzaktan kontrolü için kullanılacak olan buton ve analog girişler içeren joystick veya oyun koludur.

• Kamera: Aracın su altındaki bakış açısıyla çevreyi gösterip kaydeder ve pilotun gidiş yönünü / engelleri görebilmesini sağlar. Kamera, eğim kontrolü için servo motor veya gimbal üzerine yerleştirilebilir.

• İticiler: Aracın en önemli parçalarından biri olan iticiler, su altındaki hareket kabiliyeti için gereklidir. İticilerin sayıları ve doğrultuları aracın hareket edebileceği serbestlik derecesini belirlerken dönüş yönleri de oluşabilecek asimetrik torku belirler. ArduSub, halihazırda 6 farklı şasi/itici dizilimi destekler fakat özel bir dizilim yapılandırılmak istenirse, bahsedilen itici sayısı, dönüş ekseni ve yönü dikkatli bir biçimde seçilmelidir. Firmamız tarafından üretilen G iticilere göz atmak için tıklayın.

• Motor Sürücüleri (ESC’ler): İtici motorlarının (fırçasız DC motor) kontrolü ve sürülmesi için ESC’ler kullanılır. ESC seçimi yapılırken kullanılacak motorun maksimum dönüş hızı, gereken akım/volt değeri ve bataryanın sağlayabileceği maksimum sürekli akım hesaba katılmalıdır.

• Güç kaynağı: Araçta bulunacak her elektronik elemanın ihtiyacı olan volt/amper değerini güvenli bir şekilde sağlayabilecek batarya ve regülatörler güç kaynağı kısmı altındadır. İticiler normal şartlarda en fazla akım çekecek elemanlardır. Bu yüzden her bir iticinin harcayacağı sürekli akım değerlerinin toplamı, bataryanın sağlıklı olarak verebileceği sürekli akım değerinden daha az olmalıdır. Aynı şekilde anlık çekilebilecek maksimum akım değerleri de önemlidir. Ayrıca Pixhawk (otopilot kartı) ve Raspberry (yardımcı bilgisayar) gibi düşük akım ve volt isteyen elemanlar için regülatörler kullanılmalıdır. Regülatör, aldığı voltaj değerini daha hassas elemanlar için istenilen voltaj değerine dönüştürür ve stabil bir şekilde bu voltajı sağlar.

• Güç algılayıcı (Power Sense Module): Güç algılayıcı modül, güç kaynağından çekilen voltaj ve amper değerini algılayarak otopilot kartına aktarır. Bu sayede anlık batarya seviyesinin ve aracın kullandığı gücün ölçülebilmesini sağlar.

ArduSub sisteminde kullanılması önerilen diğer elemanlar:

• Basınç Sensörü: Araçtaki dış basıncı ölçmek ve derinliği hesaplamak için kullanılır. Bu tip basınç sensörleri genellikle sıcaklık sensörü de içerirler (örn. M).

• Kamera Eğim Mekanizması: Gimbal ve servo motor benzeri elamanlar yardımıyla kamera daha stabil bir şekilde yayın yapar ve araç hareket ettirilmeden kamera eğiminin kontrol edilmesi sağlanır.

• Aydınlatma: Kamera, geceleri veya suyun derinliklerine gidildikçe azalan ışık seviyesinde çekim yapamayacağı için araç hareketini zorlaştırır. Bu yüzden aydınlatma için ışıklar kullanılmalıdır. Lofis su altı ışıklarına göz atmak için tıklayın.

• Güç iletim modülü ve Nötr Yüzer Kablo (Tether): Araçtaki yardımcı bilgisayar ile su dışındaki kontrol bilgisayarı arasındaki iletişim için Ethernet kablosu gereklidir. Fakat Ethernet kablosu, su içerisindeki hareket için fazla kalın ve ağır olduğundan ayrıca su geçirebildiğinden kullanışlı değildir. Bunun yerine Ethernet kablosu bir güç iletim modülü ile nötr yüzer kabloya dönüştürülür. Nötr yüzer kablo hem çift yönlü veri aktarımı sağlar hem de yüzerliği çok düşük olduğundan aracın su altındaki hareketine engel olmaz. Bu yüzden aracın içerisinde ve kontrol bilgisayarının yanında Ethernet kablosu-nötr yüzer kablo dönüşümü yapan güç iletim modülleri bulunur.

ArduSub sisteminde kullanılabilen opsiyonel elemanlar:

• Sızıntı Sensörü: Araç içerisine su alınca, ciddi bir elektronik hasar oluşmadan kullanıcıya hemen geri bildirim yapan sensörlerdir.

• Sıcaklık Sensörü: Daha kesin ve hızlı bir şekilde sıcaklığın okunması gerekiyorsa (örneğin araştırmalar için) ayrı bir sıcaklık sensörü sisteme eklenebilir.

• Röleler: Röleler yüksek voltajlı devreleri uzaktan açıp kapatmak için kullanılır.

• Gripper (tutucular): Su altında herhangi bir objenin tutulması, hareket ettirilmesi, yerinin değiştirilmesi, aracın takılan kablosunun çözülmesi, kurtarma operasyonlarında ip tutulması, araştırmalarda örnek toplanması gibi birçok alanda kullanılabilen manipülatörlerdir.

• Sonarlar: Görüşün az olduğu yerlerde araç hareketi için, objelerin ses dalgalarıyla elektronik olarak görüntülenmesi ve su altında ölçüm yapılması için kullanılan sistemlerdir.

• Su altı yer tespit ve GPS sistemleri: Su altında kesin konumun bulunabilmesi ve dış bir sistemle konum takibinin veya izlemesinin yapılabilmesini sağlayan sistemlerdir.

ArduSub yazılım sistemi:

ArduSub sistemi, yazılımsal olarak üç ana bölümden oluşur. Bu yazılımların birbiriyle olan ilişkilerine dair şema aşağıda gösterilmiştir.

• QGroundControl (QGC) Yazılımı: Bir yer kontrol istasyonu yazılımı olan QGC, sistemdeki kullanıcı arayüzüdür. Otopilot kartları programlanırken QGC ye bağlanır ve buradan ArduSub yazılımı seçilir.

• ArduSub Otopilot Yazılımı: ArduSub otopilot yazılımı, uyumlu bir otopilot kartının iç belleğine yüklenen ve aracın aldığı girdilere göre haraketini ve kontrolünü sağlayan yazılımdır. Otopilot kartlarındaki SD kart girişine yüklenmez, bu SD kart veri kaydı içindir. Otopilot kartına bu yazılım yüklenirken ArduPilot yazılımı üzerinden ArduSub yazılımı seçilir. Her otopilot kartının ayrı bir ArduPilot yazılımı vardır. ArduSub, ArduPilot isimli bir uçuş kontrol yazılımının alt dalıdır ve otopilot kartına yüklenirken özellikle ArduSub’un yüklendiğine emin olunmalıdır. (bkz. Otopilot kartına ArduSub yükleme)

• Yardımcı Bilgisayar (Raspberry) Yazılımı: Otopilot yazılımı ile QGroundControl arasındaki haberleşmenin gerçekleştirmesini sağlayan, kameranın video yayını yapabilmesini sağlayan ve yardımcı bilgisayara yüklenen yazılımdır. Bu yazılım, Raspbian yazılımının modifiye edilmiş bir versiyonu olup bir mikroSD kart içerisine yüklenerek Raspberry’e takılır.