Design, fabrication, and soft impact modeling and simulation of a collision-resilient foldable micro quadcopter
Çarpışmaya dayanıklı, mikro ve dört pervaneli helikopter robotların tasarımı, üretimi, yumuşak darbe modellemesi ve simülasyonu
- Tez No: 756260
- Danışmanlar: DR. ONUR ÖZCAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 123
Özet
Çok sayıda sensör ve sensör birleştirme yöntemi kullanan mobil robot navigasyonu ve engellerden kaçınma algoritmalarındaki kayda değer gelişmelere rağmen, hareketli robotların kapalı ve dağınık alanlarda navigasyonu hala büyük bir zorluktur. Bu robotların etrafındaki objelere çarpması ve bu nesneler ile fiziksel etkileşimde bulunması kaçınılmazdır. Bu durum dikey iniş-kalkış yapabilen insansız hava araçları gibi doğal olarak dengesiz olan araçlarda daha da önemli hale gelmekte ve ufak hatalar ve bozunumlar sistemde ciddi kazalara sebep olmaktadır. Bu tezde çarpışmaya dayanıklı, mikro ve dört pervaneli helikopter robotun origamiden esinlenen tasarım ve üretiminden bahsedilmiştir. Oldukça hafif (en fazla 200 gram) olan bu robot dış mekanların denetleme ve gözetlenmesi amacıyla tasarlanmıştır. Bu etkilere dayanıklı hava aracı dış etkilere bağlı olarak 5 – 10 dakika arasında kararlı bir uçuş gerçekleştirebilmektedir. Bu özel insansız hava aracı için tasarlanmış gerçekçi özellikleri temsil etmek için bir dinamik model türetilmiştir. Buna ek olarak, yumuşak gövdenin çevredeki nesneler ile çarpışması viskoelastik temas kuvveti olarak modellenmiş ve robotun dinamik modeline eklenmiştir. Ayrıca, yumuşak tamponlar ile yüzey arasındaki temas dinamik sürtünme kuvveti modellenmiştir. Geliştirilen dinamik model çarpışmaya dayanıklı robotun etkisini simüle etmek için iki farklı ortamda kullanılmıştır. Bunlar MATLAB Simulink ve ROS Gazebo ortamlarıdır. Basamaklı yapıya sahip PID kontrolcü hem düşük-seviye (yönelim) hem de yüksek-seviye (global posizyon) kontrolde simülasyonlar ve deneyler için kullanılmıştır. Bu yumuşak darbe simülasyonlarının sonuçları deneyler ile uyumlu sonuçlar vermiştir. Bu uyumlu hava aracı için eski haline gelme katsayısı (CoR) hem deneylerde hem de simülasyonda [0.5 0.6] aralığında kalmıştır. Bu insansız hava aracının çarpışmaları sönümleyebildiğini ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
Despite the appreciable advancements in mobile robot navigation and obstacle avoidance algorithms using an abundance of sensors and sensor fusion methods, the navigation of moving robots through confined and cluttered spaces is still a great challenge. The physical interaction and collision between mobile robots and surrounding obstacles in these environments are unavoidable. This becomes more concerning for the case of Vertical Take-Off and Landing (VTOL) Unmanned Aerial Vehicles (UAV) that the system is naturally unstable, and a minor fault or disturbance may result in severe crashes. In this thesis, a Collision-Resilient Quad-rotor Micro Aerial Vehicle (MAV) is designed using the Origami-inspired design fabrication techniques. The quadcopter is lightweight (220g max) and is designed for outdoor inspection and surveillance missions. This compliant drone provides an stable flight for a duration of 5 - 10 min, depends on the flight condition. A dynamic model is derived for the quadcopter to represent the realistic features designed for this specific UAV. In addition to that, the impact of the compliant body to surrounding obstacles is modeled as visco-elastic contact force and is added to the quadcopter's dynamic model. The contact dynamic friction force between the protective soft bumpers and the surface is also modeled. The developed dynamic model is then used to simulate the impact of the collision-resilient quadcopter in two different simulation environments; MATLAB Simulink and ROS Gazebo. A cascaded PID control scheme is suggested for low-level (attitude) and high-level (global position) control of the drone in experiments and simulation. The result of these soft impact simulations closely imitate the collision-resilient properties of the actual quadcopter in experiments. Coefficient of Restitution (CoR) for the compliant drone impact, both in simulations and experiments, is in the interval [0.5 0.6]. This shows a great capacity for the drone to dampen the collisions.
Benzer Tezler
- Hızlı prototip üretim teknolojileri
Başlık çevirisi yok
LEVENT YAĞMUR
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Malzemesi ve İmalat Teknolojisi Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MUZAFFER ERTEN
- Design, fabrication and characterization of light-responsive functionalized hydrogel for tissue engineering applications
Doku mühendisliği uygulamaları için ışığa duyarlı fonksiyonelleştirilmiş hidrojelin tasarımı, imalatı ve karakterizasyonu
SYEDA RUBAB BATOOL
Doktora
İngilizce
2021
BiyomühendislikKoç ÜniversitesiBiyomedikal Bilimler ve Mühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEDA KIZILEL
- Plastik dişli çarkların konstrüktif özelliklerinin incelenmesi
Analysis of the design characteristics of the plastic gears
CÜNEYT FETVACI
- Kazıkların davranışlarının sonlu elemanlar metodu ile belirlenmesi
Başlık çevirisi yok
ZEKİ HANAVDELOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. M. ATİLLA ANSAL
- Yapay kas uygulamaları için nanokompozit malzeme geliştirilmesi
Development of nanocomposite material for artificial muscle applications
AYŞE KÜBRA AYDINALEV
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Biyomühendislikİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MELEK MÜMİNE EROL TAYGUN